Wat is 'n magnetweerstand?

Definisie: Wanneer die weerstand van sekere metale en halwegeleermateriaal verander in die teenwoordigheid van 'n magneetveld, word hierdie verskynsel as die magnetoresistiewe effek genoem. Die komponente wat hierdie effek vertoon, word magnetoresistors genoem. Eenvoudig gesê, is 'n magnetoresistor 'n tipe weerstand waarvan die weerstandswaarde fluktureer met die sterkte en rigting van 'n eksterne magneetveld.

Magnetoresistors speel 'n kritiese rol in die opsporing van die teenwoordigheid van 'n magneetveld, die meting van sy sterkte, en die bepaling van die rigting van die magneetkrags. Hulle word tipies vervaardig uit halwegeleermateriaal soos indiumantimonide of indiumarsenide, wat unieke elektriese eienskappe het wat hulle hoogs sensitief maak vir magneetvelde.

Werkprinsipe van Magnetoresistor

Die werking van 'n magnetoresistor is gebaseer op die prinsipe van elektrodinamika. Volgens hierdie prinsipe kan die krag wat op 'n stroomdraer werk in 'n magneetveld die rigting van die stroom verander. Wanneer daar geen magneetveld is nie, beweeg die laaddragers in die magnetoresistor langs 'n reguit pad.

Tog, in die teenwoordigheid van 'n magneetveld, verander die rigting van die stroom en vloei in die teenoorgestelde rigting. Die omweg van die stroom verhoog die mobiliteit van die laaddragers, wat lei tot botsings. Hierdie botsings lei tot energieverlies in die vorm van warmte, en hierdie warmte veroorsaak 'n toename in die weerstand van die magnetoresistor. Slegs 'n baie klein hoeveelheid stroom vloei deur die magnetoresistor as gevolg van die teenwoordigheid van 'n beperkte aantal vry elektrone.

Die afbuiging van elektrone in 'n magnetoresistor hang af van hul mobiliteit. Die mobiliteit van laaddragers in halwegeleermateriaal is hoër in vergelyking met metaal. Byvoorbeeld, is die mobiliteit van indiumarsenide of indiumantimonide ongeveer 2.4 m²/Vs.

Eienskappe van Magnetoresistor

Die sensitiviteit van 'n magnetoresistor hang af van die sterkte van die magneetveld. Die karakteristieke kromme van 'n magnetoresistor word in die onderstaande figuur gewys.

In die afwesigheid van 'n magneetveld, is die magnetisering van die magnetoresistor-element nul. Soos die magneetveld begin liggies toeneem, nader die weerstand van die materiaal die waarde wat ooreenstem met punt b. Die teenwoordigheid van die magneetveld veroorsaak dat die magnetoresistor-element deur 'n hoek van 45º draai.

Met verdere toename in die sterkte van die magneetveld, bereik die kromme 'n verzadigingspunt, aangedui deur punt C. Die magnetoresistiewe element werk tipies óf by die aanvanklike toestand (punt O) óf naby punt b. Wanneer dit by punt b werk, vertoon dit 'n lineêre karakteristiek.

Tipes Magnetoresistors

Magnetoresistors kan in drie hooftipes gedefinieer word:

Groot Magnetoresistansie (GMR)

In die Groot Magnetoresistansie-effek, word die weerstand van die magnetoresistor beduidend verminder wanneer sy ferromagnetiese liggies parallel aan mekaar gerig is. Omgekeerd, wanneer hierdie liggies in 'n antiparallele uitlyning is, neem die weerstand dramaties toe. Die strukturele konfigurasie van 'n GMR-toestel word in die onderstaande figuur gewys.

Uitsonderlike Magnetoresistansie (EMR)

In die geval van Uitsonderlike Magnetoresistansie, vertoon die weerstand van die metaal 'n kenmerkende gedrag. In die afwesigheid van 'n magneetveld, is die weerstand relatief hoog. Tog, wanneer 'n magneetveld aangebring word, daal die weerstand beduidend, wat 'n noemenswaardige verandering in die elektriese eienskappe ten gevolge van die magneetinvloed demonstreer.

Tunnel Magnetoresistor (TMR)

In 'n Tunnel Magnetoresistor, vind stroomvoer in 'n unieke manier plaas. Die stroom gaan vanaf een ferromagnetiese elektrode, deur 'n isolerende laag. Die hoeveelheid stroom wat deur hierdie isolerende barrière tunnel, is hoogs afhanklik van die relatiewe oriëntasie van die magnetisering in die ferromagnetiese elektrodes. Verskillende magnetiseringrigtings kan tot beduidende variasies in die grootte van die tunnellingsstroom lei, wat hierdie eienskap krities maak vir verskeie toepassings wat afhang van presiese beheer en opsporing van magneettoestande.

'n Relatief groot stroom sal vloei wanneer die magnetiseringrigtings van die elektrodes parallel aan mekaar is. Omgekeerd, 'n antiparallele rangskikking van die magnetiseringrigtings verhoog die weerstand tussen die liggies beduidend.