RU2635330C1 - Magnetic field converter with increased sensitivity on anisotropic thin-film magnetoresistors (versions) - Google Patents
Magnetic field converter with increased sensitivity on anisotropic thin-film magnetoresistors (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2635330C1 RU2635330C1 RU2016122475A RU2016122475A RU2635330C1 RU 2635330 C1 RU2635330 C1 RU 2635330C1 RU 2016122475 A RU2016122475 A RU 2016122475A RU 2016122475 A RU2016122475 A RU 2016122475A RU 2635330 C1 RU2635330 C1 RU 2635330C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnetoresistors
- strips
- magnetic field
- shunt
- thin
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N50/00—Galvanomagnetic devices
- H10N50/10—Magnetoresistive devices
Landscapes
- Hall/Mr Elements (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области автоматики и магнитометрии и может быть использовано для регистрации постоянных и переменных магнитных полей.The invention relates to the field of automation and magnetometry and can be used to register constant and variable magnetic fields.
Известны устройства для регистрации магнитного поля, представляющие собой тонкопленочные анизотропные магниторезисторы, включенные в мостовую схему (US 8884610, US 8547087 RU 2495514 С1, 10.10.2013, US 5055786 A, 08.10.1991).Known devices for recording a magnetic field, which are thin-film anisotropic magnetoresistors included in the bridge circuit (US 8884610, US 8547087 RU 2495514 C1, 10.10.2013, US 5055786 A, 08.10.1991).
Наиболее близким по конструктивным признакам заявляемому является устройство, представляющее собой магниторезисторы в виде полосок магнитного материала, на которые нанесены шунтируюшие полоски из проводящего материала под углом 45° к продольной оси полосок (RU 2533747 С1, 20.11.2014). Недостатком данного устройства является относительно невысокая чувствительность его к магнитному полю в силу того, что намагниченность на краях магнитной полоски ориентирована под углом к линиям тока значительно меньше 45°, что обусловлено геометрическим расположением шунтирующих полос, т.е. эти участки реагируют на магнитное поле слабее, чем центральные области.The closest by design features the claimed is a device that is a magnetoresistor in the form of strips of magnetic material, which are applied shunt strips of conductive material at an angle of 45 ° to the longitudinal axis of the strips (RU 2533747 C1, 11/20/2014). The disadvantage of this device is its relatively low sensitivity to the magnetic field due to the fact that the magnetization at the edges of the magnetic strip is oriented at an angle to the current lines much less than 45 °, due to the geometric arrangement of the shunt strips, i.e. these areas respond weaker to the magnetic field than the central regions.
Техническим результатом данного технического решения является повышение чувствительности к магнитному полю.The technical result of this technical solution is to increase the sensitivity to the magnetic field.
Указанный результат достигается тем, что форма магнитной полосы, на которой находится шунтируюшая полоска, полностью повторяет форму шунтирующей полоски. В результате распределение намагниченности в магнитном слое существенно отличается от однородного распределения в классическом магниторезисторе. В частности, в областях магнитного слоя, находящихся под шунтирующей полоской, возникают неоднородности распределения намагниченности, приводящие к изменению распределения намагниченности в областях магнитной полоски между шунтирующими полосками и, в частности, на краях магнитной полоски. В результате угол между вектором намагниченности и линиями тока становится близким к 45° на большей площади магнитной полосы. В связи с этим большая область магнитной полоски между шунтами будет эффективно реагировать на магнитное поле, что приводит к повышению чувствительности магниторезистора и преобразователя в целом. Чувствительность (S) магниторезистивного преобразователя определяется выражениемThe indicated result is achieved in that the shape of the magnetic strip on which the shunt strip is located completely repeats the shape of the shunt strip. As a result, the distribution of magnetization in the magnetic layer differs significantly from the uniform distribution in the classical magnetoresistor. In particular, in the regions of the magnetic layer under the shunt strip, magnetization distribution inhomogeneities occur, leading to a change in the distribution of magnetization in the regions of the magnetic strip between the shunt strips and, in particular, at the edges of the magnetic strip. As a result, the angle between the magnetization vector and streamlines becomes close to 45 ° over a larger area of the magnetic strip. In this regard, a large region of the magnetic strip between the shunts will effectively respond to a magnetic field, which will increase the sensitivity of the magnetoresistor and the transducer as a whole. The sensitivity (S) of the magnetoresistive converter is determined by the expression
, ,
где ΔR - изменение сопротивления в магнитном поле,where ΔR is the change in resistance in a magnetic field,
R - сопротивление магниторезистора,R is the resistance of the magnetoresistor,
Н к - поле анизотропии.N to is the anisotropy field.
На фиг. 1 показан график изменения сопротивления магниторезистора, полученный в результате расчета, проведенного на основе микромагнитной модели, учитывающей неоднородное распределение намагниченности, из которого видно, что для структуры с магнитным слоем, повторяющим форму шунтирующей полоски, изменение сопротивления имеет большую величину по сравнению с классической структурой, т.е. графики имеют различный наклон. В соответствии с (1) чувствительность S преобразователя с такой структурой также будет больше, чем классической.In FIG. Figure 1 shows a graph of the resistance of a magnetoresistor obtained as a result of a calculation based on a micromagnetic model that takes into account the inhomogeneous distribution of magnetization, which shows that for a structure with a magnetic layer repeating the shape of a shunt strip, the change in resistance is large compared to the classical structure, those. graphs have a different slope. In accordance with (1), the sensitivity S of a converter with such a structure will also be greater than the classical one.
На фиг. 2 показаны передаточные характеристики для классического магниторезистора и заявляемого с одинаковой геометрией. Характеристика 4 имеет больший наклон, что свидетельствует о большей чувствительности устройства.In FIG. 2 shows the transfer characteristics for a classic magnetoresistor and claimed with the same geometry. Characteristic 4 has a greater slope, which indicates a greater sensitivity of the device.
На фиг. 3 показано заявляемое устройство. Магниторезистивный слой 1 выполнен в конфигурации, полностью совпадающей с конфигурацией проводящего слоя 2, и вся площадь под шунтирующими полосками заполнена магнитным материалом.In FIG. 3 shows the inventive device. The
На фиг. 4 показан второй вариант заявляемого устройства. На магниторезистивный слой 1, выполненный в конфигурации, полностью совпадающей с конфигурацией проводящего слоя 2, нанесен слой диэлектрического материала 3, в котором выполнены окна по форме шунтирующих проводников, в которых, в свою очередь, выполнены шунтирующие проводники 2.In FIG. 4 shows a second embodiment of the inventive device. On the
Технически устройство реализовано следующим образом. На пластину кремния, на которой предварительно был сформирован изолирующий слой, напылен слой пермаллоя (80%Ni20%Fe) толщиной 0,03 мкм, на котором методом фотолитографии сформирован рисунок в виде полосок с регулярными поперечными расширениями в форме шунтов. Затем напылялся слой алюминия, на котором также методом фотолитографии формировался рисунок проводящих элементов в виде поперечных шунтов. Изготовленное устройство имело следующие топологические размеры: ширина магнитной полоски - 10 мкм, ширина шунтирующей полоски - 6 мкм, расстояние между шунтирующими полосками - 10 мкм.Technically, the device is implemented as follows. A 0.03 μm thick permalloy layer (80% Ni20% Fe) was sprayed onto a silicon wafer on which an insulating layer had previously been formed, on which a pattern in the form of strips with regular transverse extensions in the form of shunts was formed by photolithography. Then a layer of aluminum was sprayed, on which a pattern of conductive elements in the form of transverse shunts was also formed by photolithography. The manufactured device had the following topological dimensions: the width of the magnetic strip was 10 μm, the width of the shunt strip was 6 μm, the distance between the shunt stripes was 10 μm.
На фиг. 5 показана передаточная характеристика устройства, где для сравнения приведена характеристика классического устройства с такими же топологическими размерами. Хорошо видно, что характеристика заявляемого устройства имеет наклон, значительно превышающий наклон характеристики классического устройства, что свидетельствует о большей чувствительности заявляемого устройства. Расчет чувствительности на линейном участке характеристики дает следующие значения: для заявляемого устройства - 11,3 мВ/В/кА/м, тогда как для классического - только 4,2 мВ/В/кА/м. Таким образом, подтверждается факт увеличения чувствительности более чем в 2,5 раза.In FIG. 5 shows the transfer characteristic of the device, where, for comparison, the characteristic of a classical device with the same topological dimensions is shown. It is clearly seen that the characteristic of the claimed device has a slope significantly higher than the slope of the characteristics of a classical device, which indicates a greater sensitivity of the claimed device. The sensitivity calculation on the linear section of the characteristic gives the following values: for the inventive device - 11.3 mV / V / kA / m, while for the classical one - only 4.2 mV / V / kA / m. Thus, the fact of sensitivity increase by more than 2.5 times is confirmed.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016122475A RU2635330C1 (en) | 2016-06-07 | 2016-06-07 | Magnetic field converter with increased sensitivity on anisotropic thin-film magnetoresistors (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016122475A RU2635330C1 (en) | 2016-06-07 | 2016-06-07 | Magnetic field converter with increased sensitivity on anisotropic thin-film magnetoresistors (versions) |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2635330C1 true RU2635330C1 (en) | 2017-11-10 |
Family
ID=60263775
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016122475A RU2635330C1 (en) | 2016-06-07 | 2016-06-07 | Magnetic field converter with increased sensitivity on anisotropic thin-film magnetoresistors (versions) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2635330C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4847584A (en) * | 1988-10-14 | 1989-07-11 | Honeywell Inc. | Magnetoresistive magnetic sensor |
US20050270020A1 (en) * | 2004-06-03 | 2005-12-08 | Honeywell International Inc. | Integrated three-dimensional magnetic sensing device and method to fabricate an integrated three-dimensional magnetic sensing device |
RU2347302C1 (en) * | 2007-09-11 | 2009-02-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие федеральный научно-производственный центр "Научно-исследовательский институт измерительных систем им. Ю.Е. Седакова" | Magnetoresistive detector |
RU2533747C1 (en) * | 2013-03-19 | 2014-11-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение измерительной техники" | Magnetoresistive current sensor |
US8981773B2 (en) * | 2010-12-27 | 2015-03-17 | Stmicroelectronics S.R.L. | Magnetoresistive sensor with reduced parasitic capacitance, and method |
-
2016
- 2016-06-07 RU RU2016122475A patent/RU2635330C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4847584A (en) * | 1988-10-14 | 1989-07-11 | Honeywell Inc. | Magnetoresistive magnetic sensor |
US20050270020A1 (en) * | 2004-06-03 | 2005-12-08 | Honeywell International Inc. | Integrated three-dimensional magnetic sensing device and method to fabricate an integrated three-dimensional magnetic sensing device |
RU2347302C1 (en) * | 2007-09-11 | 2009-02-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие федеральный научно-производственный центр "Научно-исследовательский институт измерительных систем им. Ю.Е. Седакова" | Magnetoresistive detector |
US8981773B2 (en) * | 2010-12-27 | 2015-03-17 | Stmicroelectronics S.R.L. | Magnetoresistive sensor with reduced parasitic capacitance, and method |
RU2533747C1 (en) * | 2013-03-19 | 2014-11-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение измерительной техники" | Magnetoresistive current sensor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10094891B2 (en) | Integrated AMR magnetoresistor with large scale | |
US8193897B2 (en) | Integrated lateral short circuit for a beneficial modification of current distribution structure for xMR magnetoresistive sensors | |
JP7136340B2 (en) | Magnetoresistive elements and magnetic sensors | |
WO2001035112A1 (en) | Uniform sense condition magnetic field sensor | |
JP2008134181A (en) | Magnetic detector and its manufacturing method | |
WO2018006879A1 (en) | Anisotropic magnetic resistance and current sensor without setting and resetting apparatus | |
CN104900801A (en) | Anti-ferromagnetic pinning AMR (Anisotropic Magneto Resistance) sensor | |
JP2008058183A (en) | Magnetic detector and its manufacturing method | |
JP2012234602A (en) | Magnetic head and magnetic recording and reproducing device using the same | |
RU2436200C1 (en) | Magnetoresistive sensor | |
RU2635330C1 (en) | Magnetic field converter with increased sensitivity on anisotropic thin-film magnetoresistors (versions) | |
JP6228663B2 (en) | Current detector | |
RU2533747C1 (en) | Magnetoresistive current sensor | |
US9541612B2 (en) | Method and device for measuring a magnetic field and the temperature of a magneto-resistive transducer | |
JP2002532894A (en) | Magnetic field sensor with giant magnetoresistance effect | |
RU2495514C1 (en) | Magnetoresistive sensor | |
RU2561762C1 (en) | Magnetoresistive sensor | |
CN108363025B (en) | magnetic field sensor | |
TW201318237A (en) | Magnetic sensor apparatus | |
RU2391747C1 (en) | High-frequency magnetosensitive nanoelement | |
DD155220A1 (en) | MAGNETORESISTIVE FIELD EFFECT BUILDING ELEMENT | |
RU2633010C1 (en) | Magnetoresistive sensor | |
DE102010055754A1 (en) | Magnetoresistive sensor for measuring external magnetic field, has measuring layer and reference layer that are separated by nonmagnetic separation layer, and reference layer to adjust anisotropy of region along magnetization direction | |
Prudnikov et al. | Monte Carlo simulation of magnetic multilayered structures with giant magnetoresistance effects | |
Tiantian et al. | Simulation optimization of performance for extraordinary magnetoresistance sensor in low-field |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180608 |