МАГНИТОРЕЗИСТИВНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МАГНИТНОГО ПОЛЯ (ВАРИАНТЫ)
MAGNETORESISTIVE CONVERTER OF MAGNETIC FIELD (VERSIONS)

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к датчикам и преобразователям физических величин, и может быть использовано в приборах контроля и измерения вектора магнитного поля.
Известна конструкция анизотропного магниторезистивного датчика, состоящего из резистивных полосок, соединенных в мостовую схему (Патент на изобретение РФ №2279737, H01L 43/08, опубл. 10.07.2006 г.).
Известна конструкция анизотропного магниторезистивного датчика по изобретению РФ №2312429, H01L 43/08, опубл. 10.12.2007 г.). Магниторезистивный датчик содержит тонкопленочные магниторезистивные элементы, соединенные по мостовой схеме.
Недостатками указанных датчиков является наличие достаточно высокого значения уровня шумов в широком частотном диапазоне. Причиной шумов являются неоднородности в проводящей среде (дефекты структуры тонкой магниторезистивной пленки, границы магниторезистивной пленки, границы магниторезистивных полосок и областей контактов магниторезистивного материала с низкоомными шунтами и перемычками и тепловое движение носителей зарядов).
Задачей изобретения является создание более эффективного магниторезистивного преобразователя.
Технический результат заключается в снижении уровня собственных шумов магниторезистивного преобразователя и повышении его динамического диапазона и, как следствие, увеличении отношения сигнал/шум в широком частотном диапазоне.
Для достижения вышеуказанного технического результата по первому объекту в магниторезистивном преобразователе магнитного поля, содержащем тонкопленочные магниторезистивные элементы, соединенные по мостовой схеме, в каждом плече мостовой схемы параллельно соединено, по меньшей мере, два магниторезистивных элемента с гигантским магниторезистивным эффектом и с однонаправленным изменением сопротивления под действием магнитного поля.
Для достижения вышеуказанного технического результата по второму объекту в магниторезистивном преобразователе магнитного поля, содержащем тонкопленочные магниторезистивные элементы, соединенные по мостовой схеме, в каждом плече мостовой схемы параллельно соединено, по меньшей мере, два ряда последовательно соединенных магниторезистивных элементов с гигантским магниторезистивным эффектом и с однонаправленным изменением сопротивления под действием магнитного поля.
Между совокупностью существенных признаков и достигаемым техническим результатом существует причинно-следственная связь.
1/2
1/2
Уровень шумов мостового магниторезистивного преобразователя зависит от величины сопротивлений каждого из его плеча. Параллельное включение резисторов в плече уменьшает суммарное значение сопротивления и, следовательно, уменьшает уровень шумов. Формула Найквиста для расчета уровня шумов показывает: при параллельном включении N резисторов их уровень шумов падает в N раз. Таким образом, мостовой магниторезистивный преобразователь, каждое плечо которого состоит из N параллельных магниторезистивных полосок будет иметь уровень собственных шумов в N раз меньше, чем прототип.
Уровень шума магниторезистивного преобразователя с мостовой схемой включения снижается за счет параллельного подключения нескольких магниточувствительных элементов в каждом плече мостовой схемы, что обеспечивает снижение амплитуды флуктуаций в каждом из них. Поскольку флуктуации тока в каждом из этих магниторезистивных элементов не совпадают по фазе, а их суперпозиция имеет меньшее амплитудное значение.
При этом значение относительной магниточувствительности не ухудшается, поскольку величина магниторезистивного эффекта при этом не меняется.
Изобретение поясняется чертежами, где
на фиг. 1 представлена схема магниторезистивного преобразователя по первому объекту изобретения,
на фиг. 2 представлена схема магниторезистивного преобразователя по второму объекту изобретения.
Магниторезистивный преобразователь магнитного поля по первому объекту изобретения содержит тонкопленочные магниторезистивные элементы 1, соединенные по мостовой схеме, причем в каждом плече 2 мостовой схемы параллельно соединено, по меньшей мере, два магниторезистивных элемента 1 с однонаправленным изменением сопротивления под действием магнитного поля (фиг. 1).
Магниторезистивный преобразователь магнитного поля по второму объекту изобретения содержит тонкопленочные магниторезистивные элементы 1, соединенные по мостовой схеме, причем в каждом плече 2 мостовой схемы параллельно соединено, по меньшей мере, два ряда последовательно соединенных магниторезистивных элементов 1 с однонаправленным изменением сопротивления под действием магнитного поля (фиг. 2).
Магниторезистивные элементы 1 выполнены в виде магниторезистивных элементов с гигантским магниторезистивным эффектом. Магниторезистивные элементы могут быть выполнены в виде полосок.
ГМР эффект наблюдается в многослойных структурах, содержащих нанослои из ферромагнитных материалов и их сплавов Fe, Ni, Со, чередующихся с нанослоями из благородных металлов Cu, Ar, Au; в гранулированных пленках, изготовленных из несмешивающихся магнитных и немагнитных полупроводников; в многослойных спин-вентильных (два тонких магнитных слоя, разделенных тонким слоем Cu) и спин-туннельных структурах (два тонких ферромагнитных металлических слоя, разделенных тонким диэлектрическим слоем); в магнитных сэндвичах - спин-вентильных структурах без пиннингового слоя.
Магниторезистивный преобразователь магнитного поля может быть изготовлен на стандартном оборудовании с использованием известных методов, используемых в микроэлектронике.