Снос зданий:
ecosnos.ru
Главная  Микромагнитоэлектроника: направление технологии 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 [ 14 ] 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122

Наиболее известным и распространенным отечественным магниторезистором является СМ4-1. Конструкция магниторезистора приведена на рис. 2.39.

Рис. 2.39. Внешний вид и габариты магниторезисторов СМ4-1

<г1

в

Активная зона 0,9 X 3,5

Зависимость магниторезистора СМ4-1 от магнитной индукции в диапазоне индукций от О до 0,3 Тл квадратичная, а при индукции более 0,3 Тл - линейная [8,29,43].

Температурный коэффициент сопротивления магниторезисторов типа СМ4-1 при температурах от -60 до +85 °С без воздействия магнитного поля составляет не более 0,15 и 0,55% на градус Цельсия соответственно.

Магниторезисторы СМ4-1 устойчиво работают в интервале рабочих температур от -60 до +85 °С; при резкой смене температур (от -60 до +85 °С); относительной влажности воздуха до 98% при температуре 35 °С; атмосферном давлении от 10 до 10 На; повьппенном давлении воздуха (до ЗгЮ' На); в среде, зараженной плесневыми грибами, и в инее с последующим оттаиванием. Они вьщерживают вибрацию в диапазоне частот от 1 до 5000 Гц с ускорением до 40 g; многократные удары с ускорением до 150 g и; одиночные с ускорением до 1 ООО g; линейные нагрузки с ускорением до 150 g; акустические шумы в диапазоне частот от 50 до 10000 Гц с уровнем звукового давления до 150 дБ [43].

За рубежом разработкой и серийным производством монолитных магниторезисторов занимаются десятки фирм. Наиболее известными являются: Siemens Aktienge sellschaft, Robert Boch (Германия); Philips Elec. (Голландия); RTC (Франция); Matsushita, Hitachi, Copal Co., Teikoki Tsushin Kogyo Co.,Teitsu Denshi Kenkyusho Co., Panasonic, Sony, Rohm Co.Ltd.(Bce Япония); Samsung (Южная Корея); и др.

Обобщенные параметры монолитных магниторезисторов, изготавливаемых на основе сплава InSb-NiSb, приведены в табл. 2.8.

Таблица 2.8. Обобщенные параметры монолитных магниторезисторов на основе сплава InSb-NiSb

Размер чувствительной зоны, мм

Начальное сонротивление при 20 ° С, Ом

Относительное

изменение сонротивления при В=1 Тл, о.е.

Температурный

коэффициент сонротивления, %/градус при В=ОТл

Температурный

коэффициент сопротивления, %/градус при В=1 Тл

Максимальная рассеиваемая мощность при температуре 20 о С, Р

макс,

Диапазон рабочих температур, °С

От 0,9x3,6

22...700

5...15

От +0,02

От -0,13

От 0,005

-60...+110

До 2,7х 1,2

До -2,0

До -2,9

До 0,7

Особенностью зарубежных элементов Холла является то, что, как правило, большая часть этих приборов ориентирована на решение конкретных технических задач, например: для регистрации магнитного потока, использования в качестве датчиков скорости вращения зубчатых колес и датчиков линейного перемещения и т.д. Поэтому, эти приборы отличаются конструктивным исполнением и особенностями применения.

В качестве примера рассмотрим некоторые типы монолитных магниторезисторов, вьшускаемых фирмой Siemens:

Магниторезисторы FP 30N 60Е, FP 30L 100Е, FP ЗОВ 250Е, FP 110D 155, FP 110L 60- бескорпусные, размещены на пермаллоевой подложке вьшоды проволочные толщина приборов 0,4 мм.

Магниторезисторы типа FP 17L 200J, FP 30L 100J также бескорпусные, но они размещены на гибком носителе, толщина приборов 0,35 мм.

Дифференциальные магниторезисторы типа FP 210L 100-22, FP 210D 250-22, FP 212L 100-22, FP 212D 250-22 -вьшолнены на ферритовой подложке, снабжены постоянным магнитом и размещаются в пластмассовых корпусах.

Магниторезисторы типа FP 412L 100, FP 412D 250, FP 414L 300, FP 410Lr80FM вьшолнены на ферритовой подложке и размещаются в корпусе Micropack. При этом FP 410Lr80FM имеет сдвоенный дифференциальный магниточувствительный элемент [106, 107].



2.2.2. Пленочные магниторезисторы

Пленочные магниторезисторы получили распространение лишь в последние годы. Магниточувствительный элемент таких приборов изготовлен из ферромагнитных пленок (ФМП), используюпщх анизотропный магниторезистивный эффект. Максимальное значение магнитосопротивления тонкопленочных магниторезисторов соответствует нулевому внешнему магнитному полю, то есть при воздействии магнитного поля сопротивление такого МЧЭ уменьшается [28, 32, 33, 99, 111].

Конструкция магниторезисторов из ФМП не отличается от конструкций других разновидностей магниторезисторов, за исключением того, что МЧЭ изготовлен по специальной тонкопленочной технологии. Папьшение магниточувствительного слоя, как правило, происходит при воздействии магнитного поля.

Для создания МЧЭ используют тонкие одно- и многослойные пленки никель-кобальтовых (Ni-Co), никель-железных (Ni-Fe) и других сплавов. В качестве подложек применяют стекло, ситалл или кремний, обладаюпще большой теплопроводностью и коэффициент термического расширения которых, близок по величине к ТКР используемых пленок.

Рис. 2.40. К пониманию принципа работы тонкопленочного магниторезистора


Для тонкопленочных магниторезисторов на основе ФМП (см. рис. 2.40) анизотропное электрическое сопротивление г материала МЧЭ в зависимости от угла 0 между направлением электрического тока через МЧЭ (I) и направлением управляющего магнитного поля (Н) постоянной величины вьфажается следующей формулой (Фойгта-Томпсона):

= г(&) = Гц X sin 0 + /-gQ X sill 0

(2.10)

где г^ - удельное электрическое сопротивление материала МЧЭ при 0 = 90 **; - удельное электрическое сопротивление материала МЧЭ при 0 = 0°**.

Па рис. 2.41а приведен график зависимости сопротивления МЧЭ от угаа падения магнитного потока, соответствующий формуле (2.10).

<]Н



Рис. 2.41. Зависимость сопротивления (г) тонкопленочного магниточувствительного элемента : а-от напряженности (Н) магнитного поля; б-от угла падения (Q) магнитного потока



В верхней части рис. 2.41.6 рассмотрено пять случаев ориентации магнитного поля Н относительно направления тока (I) в МЧЭ, соответствующих пяти характерным точкам графика зависимости г от Q (три точки экстремумов и две точки перегибов). Из рис. 2.41 .а видно, что сопротивление МЧЭ имеет максимальное значение при совпадении направлений тока (I) и магнитного поля Н (Q = 0) и при угле Q, равном 90°.

Магнитная чувствительность тонкопленочных МЧЭ определяется параметрами материала. В табл. 2.9 приведены основные характеристики некоторых материалов, используемых зарубежными производителями для изготовления тонкопленочных магниторезисторов.

Таблица 2.9. Основные характеристики некоторых материалов, используемых зарубежными производителями для изготовления тонкопленочных магниторезисторов

Материал пленки

Удельное сонротивление, p , 1* 10-8, Ом * M

Относительное изменение сонротивления при В=1 Тл, о.е.

Ni (81) Fc (19)

Ni (86) Fe (14)

Ni (50) Co (50)

Ni (70) Co (30)

На рис. 2.41.6 приведен график зависимости сопротивления г от напряженности управляющего магнитного поля Н, построенный при воздействии поля согласно схеме, показанной в правом верхнем углу рис. 2.41.а (О = 90°). Из этой зависимости следует, что максимальное значение г, равное г^, соответствует нулевому внешнему магнитному полю. Данная зависимость имеет участки насьпцения, соответствующие магнитным полям Н > Hj, в пределах которых удельное сопротивление МЧЭ изменяется относительно мало.

Величина напряженности магнитного поля насьпцения Н^ определяется по формуле:

Н^ = КХ (-) + (2.11)

где к- постоянный коэффициент;

t - толщина магниточувствительного элемента; W - ширина магниточувствительного элемента.

Значение к зависит от материала МЧЭ. Это значение вьппе для МЧЭ из пленок Ni-Co по сравнению с МЧЭ из пленок Ni-Fe [34, ПО].

Производство и образцы тонкопленочных магниторезисторов

Разработкой тонкопленочных магниторезисторов в СССР занимались такие организации, как НИИ ГИРИКОНД (п Ленинград), ОКБ и завод Альфа (п Рига), ОКБ НО Гиперон (п Москва), ВНИИ Чермег (п Москва), ВНИИЭН (п Ленинград) и др,.

Однако серийное производство тонкопленочных магниторезисторов не осуществлялось. Лишь в ОКБ НО, Гиперон (п Москва) бьши разработаны и выпускались ограниченными партиями тонкопленочные магниторезисторы типа Ав-1 и Ав-2. Но своим параметрам и характеристикам указанные приборы полностью соответствуют зарубежным аналогам, выпускаемым, например, фирмой Panasonic (Япония). На рис. 2.42 приведен внешний вид тонкопленочных магниторезисторов Ав-1 и Ав-2 отечественного производства.

В

Постоянный магнит


Активная зона

.?............Л..

4 20

4 7,0 .

--р

В

о

4-->

Рис. 2.42. Внешний вид и габариты магниторезисторов Ав-1 и Ав-2



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 [ 14 ] 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122