巨磁電阻材料及其在電子元器件上的應(yīng)用

黃曉輝

摘要 隨著時(shí)代的發(fā)展和科技的進(jìn)步，電子學(xué)所產(chǎn)生的作用越來越大，其與各學(xué)科的聯(lián)系也逐漸緊密起來。因此也出現(xiàn)了許多相關(guān)的學(xué)科諸如超導(dǎo)電子學(xué)等。目前基于電子相關(guān)理論有產(chǎn)生了一個(gè)新的學(xué)科即磁電子學(xué)科。一九八八年法國多位學(xué)者第一次發(fā)現(xiàn)自旋極化輸運(yùn)過程相關(guān)的百分比占到五十以上的巨磁電阻（GM R）在Fe/Cr多層磁性超晶格內(nèi)之后，使得整個(gè)學(xué)科又有了一個(gè)新的跨越性發(fā)展。而巨磁電阻的發(fā)現(xiàn)，在整個(gè)人類社會(huì)都有著極其重要的作用，無論是在電子相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域還是物理學(xué)相關(guān)技術(shù)范圍內(nèi)，都產(chǎn)生著重要的影響。目前人類根據(jù)這樣的原理，已經(jīng)逐漸開始研發(fā)和設(shè)計(jì)相關(guān)概念的新興電子設(shè)備器件，為整個(gè)世界的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】巨磁電阻材料 電子元器件 應(yīng)用

1 巨磁電阻材料概述

磁電阻效應(yīng)實(shí)質(zhì)上指的是某項(xiàng)物質(zhì)在整個(gè)磁場作用范圍下產(chǎn)生的電阻轉(zhuǎn)化效應(yīng)。這種現(xiàn)象是在一八七五年W.Thom-son首先發(fā)現(xiàn)的，其發(fā)現(xiàn)了基于鐵磁多晶體的相關(guān)電阻效應(yīng)。而后一九八八年法國大學(xué)物理系教授在Fe/Cr多層膜中發(fā)現(xiàn)了巨磁電阻效應(yīng)。也就是物質(zhì)經(jīng)過磁場作用經(jīng)過其受到的變化作用產(chǎn)生效應(yīng)并進(jìn)行轉(zhuǎn)變的一種明顯情況體現(xiàn)，他們采用了外延生長得方法將在GaAs （O01）本身上進(jìn)行外延（001） Fe/（OOl）Cr超晶格，使得Fe，Cr兩層的分別達(dá)到三納米和零點(diǎn)九納米，同時(shí)在4200溫度和2T的磁場下能夠得到相關(guān)變化磁電阻為負(fù)百分之五十，這樣一個(gè)數(shù)值相對(duì)來說比人們所熟悉的FeNi合金各向異性磁電阻效應(yīng)差不多達(dá)到大一個(gè)數(shù)量級(jí)，而且數(shù)值還不為正，各向?qū)儆谕?，因此給與電磁劇組效應(yīng)之名（GMR，GiantMagnetoresistance）來表示不同。在相關(guān)多層膜據(jù)此電阻研究的幫助和發(fā)展下，一九九二年，幾位學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，Co/Cu顆粒膜中也有著GM R。后期隨著時(shí)代和科技的發(fā)展，諸多相關(guān)方面都能發(fā)現(xiàn)GM R且隨著相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，GM R的效應(yīng)率被發(fā)現(xiàn)的也越來越高。

GM R的研究為電子學(xué)發(fā)展提供了一個(gè)良好的環(huán)境。通過多年來的研究發(fā)展，如今的GM R相關(guān)研究已經(jīng)逐漸被運(yùn)用到了許多行業(yè)，而其中商業(yè)研究發(fā)展則最為迅速，甚至其轉(zhuǎn)化速度和轉(zhuǎn)化程度已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)巨大的規(guī)模，成為相關(guān)研究中轉(zhuǎn)化效率最高且從基本研究極速專項(xiàng)商業(yè)應(yīng)用研究的全球榜樣。GM R材料在高密度讀取磁頭、傳感器儲(chǔ)存信息相關(guān)技術(shù)方面有著普遍應(yīng)用，而且在世界上也越來越受到相關(guān)學(xué)者專家的關(guān)注。一九九五年，美國物理學(xué)會(huì)將據(jù)此電阻效應(yīng)列為年度研究五項(xiàng)重點(diǎn)中的第一位，可見其研究的重要程度和被關(guān)注程度。

目前許多方面都在運(yùn)用霍爾元件。而巨磁電阻材料的性價(jià)比在某些方面是要比霍爾元件高的，于是越來越多的產(chǎn)品開始逐漸使用巨磁電阻材料，而事實(shí)證明，運(yùn)用GM R也確實(shí)能夠得到更好的使用效果。而且隨著科技的快速進(jìn)步和知識(shí)的共享發(fā)展，GM R已經(jīng)開始被各個(gè)行業(yè)以及各個(gè)方向上發(fā)展的相關(guān)單位開始研究使用，而通過GM R研制出來的相關(guān)產(chǎn)品和設(shè)備也越來越多，其使用價(jià)值也相對(duì)較高。

2 巨磁電阻材料在電子元器件上的實(shí)際運(yùn)用

眾所周知，電子元器件是組成整個(gè)相關(guān)電子裝備設(shè)備的基礎(chǔ)器件，元器件的實(shí)際使用性能會(huì)對(duì)整個(gè)機(jī)器設(shè)備產(chǎn)生一定的影響，而且據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，許多電子設(shè)備故障的主要原因都是因?yàn)殡娮釉骷l(fā)生了差池。而目前社會(huì)隨著電子科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，相關(guān)產(chǎn)業(yè)器件和設(shè)備發(fā)展就越來越復(fù)雜，越來越龐大，而整個(gè)電子元器件的使用和被社會(huì)需求的程度也逐漸加大。如今的電子元器件幾乎已經(jīng)成為了相關(guān)機(jī)體的核心內(nèi)容，其本身的運(yùn)用性能對(duì)機(jī)體的使用性能會(huì)產(chǎn)生極其重要的影響。特別時(shí)在一些頂尖的科技水平發(fā)展線上，諸如航空航天以及各種軍用機(jī)器設(shè)備，也正因如此，人們的進(jìn)步和發(fā)展對(duì)電子元器件提出了更加嚴(yán)格的品質(zhì)和使用性能要求，而巨磁電阻材料則對(duì)電子元器件擁有巨大的影響作用，其具體作用和應(yīng)用影響可以分為以下幾點(diǎn)：

2.1 高密度以及超高密度磁記錄讀磁頭

利用以往的傳統(tǒng)感應(yīng)式磁頭在進(jìn)行信息記錄時(shí)，其記錄的信息量和磁感應(yīng)相對(duì)來說比較微弱，因此很難滿足實(shí)際使用需要。如果利用薄膜或者其余類型的感應(yīng)也都會(huì)有相關(guān)的阻礙，一般普通的薄膜法AM R基本不會(huì)超過百分之六，靈敏度相對(duì)來說在0.4%/Oe，諸多不足和使用性能相對(duì)較低就使得在相關(guān)信息記錄時(shí)應(yīng)當(dāng)采取高效的方法，而后來利用GM R多層膜研發(fā)出來得新型磁頭則可以很好的進(jìn)行記錄，而這樣的信息記錄密度能夠超越目前已知的所有光盤記錄密度，實(shí)際使用性能最強(qiáng)。

2.2 巨磁電阻傳感器

傳統(tǒng)磁電阻傳感器一般分為半導(dǎo)體和軟磁合金，半導(dǎo)體的優(yōu)點(diǎn)是相對(duì)線性度不錯(cuò)，MR也較大，但是需要磁場的力度很高，相對(duì)穩(wěn)定性能也比較差;軟磁合金則屬于飽和場低，MR數(shù)值相對(duì)較低。

GMR元件具有巨大的GMR值和較大的磁場靈敏度等特點(diǎn)，用來替代傳統(tǒng)磁電阻傳感器，能夠在很大程度上使得傳感器的相關(guān)使用性能提高，不論是在分辨度還是靈敏度和準(zhǔn)確性等方面都能夠有所提高。運(yùn)用GM R來進(jìn)行磁性旋轉(zhuǎn)編碼器制作，不僅能在靈敏度和準(zhǔn)確性等方面有所提高，還能擁有一定的使用耐久度，包括耐高溫和耐環(huán)境及場地影響及腐蝕等情況，因此被廣泛運(yùn)用于汽車電子相關(guān)技術(shù)中，且發(fā)展運(yùn)用十分可觀。

3 結(jié)束語

GMR的發(fā)現(xiàn)時(shí)間雖然不長，但是其實(shí)際使用效果和使用性能在短時(shí)間內(nèi)都得到了業(yè)界內(nèi)相關(guān)學(xué)者和技術(shù)專家的認(rèn)可，而且在其發(fā)展中使得許多方面都有了長足進(jìn)步。巨磁電阻材料本身以及其在電子元器件上的應(yīng)用將會(huì)隨著時(shí)代的發(fā)展進(jìn)步的更加迅速，而其所作的貢獻(xiàn)也會(huì)越來越大。

參考文獻(xiàn)

[1]詹文山，磁電子學(xué)

一門新型交叉學(xué)科[J].物理，1998，7 （27）： 436.

[2]姜宏偉，磁性金屬多層膜中的巨磁電阻效應(yīng)[J].物理，1997，9（26）： 562.

[3]都有為，納米材料中的巨磁電阻效應(yīng)[J].物理學(xué)進(jìn)展，1997，2 （17）：181.

[4]溫偉祥等.巨磁電阻效應(yīng)薄膜研究進(jìn)展及其應(yīng)用[J].重慶師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2000，4 （17）：81.