Какво е магнеторезистор?

Определение: Когато съпротивлението на определени метали и полупроводни материали се променя в присъствието на магнитно поле, този феномен се нарича магниторезистивен ефект. Компонентите, които проявяват този ефект, се наричат магниторезистори. С други думи, магниторезистор е вид резистор, чиято стойност на съпротивлението варира спрямо силата и посоката на външното магнитно поле.

Магниторезисторите играят ключова роля при откриването на присъствието на магнитно поле, измерването на неговата сила и определянето на посоката на магнитната сила. Те обикновено са изработени от полупроводни материали като индий-антимонид или индий-арсинид, които притежават уникални електрически свойства, които ги правят високо чувствителни към магнитните полета.

Принцип на действие на магниторезистора

Работата на магниторезистора е основана на принципа на електродинамиката. Според този принцип, силата, действаща върху проводник, носещ ток, в магнитно поле, може да промени посоката на тока. Когато няма магнитно поле, носителите на заряд в магниторезистора се движат по права пътека.

Обаче, в присъствието на магнитно поле, посоката на тока се променя и тече в противоположна посока. Обиколният път на тока увеличава подвижността на носителите на заряд, което води до сблъсъци. Тези сблъсъци довеждат до загуба на енергия във формата на топлина, а тази топлина причинява увеличение на съпротивлението на магниторезистора. Само много малко количество ток протича в магниторезистора поради наличието на ограничено количество свободни електрони.

Отклонението на електроните в магниторезистора зависи от техната подвижност. Подвижността на носителите на заряд в полупроводни материали е по-висока в сравнение с тази в металите. Например, подвижността на индий-арсинид или индий-антимонид е приблизително 2,4 м²/Вс.

Характеристики на магниторезистора

Чувствителността на магниторезистора зависи от силата на магнитното поле. Характеристичната крива на магниторезистора е показана на фигурата по-долу.

В отсъствие на магнитно поле, намагничението на елемента магниторезистор е нула. Когато магнитното поле започне да се увеличава леко, съпротивлението на материала достига стойността, съответстваща на точка b. Присъствието на магнитното поле кара елемента магниторезистор да се завърти с ъгъл 45º.

С допълнително увеличаване на силата на магнитното поле, кривата достига точка на наситеност, означена с точка C. Елементът магниторезистор обикновено работи или в началното си състояние (точка O) или близо до точка b. Когато работи в точка b, той проявява линейна характеристика.

Видове магниторезистори

Магниторезисторите могат да бъдат класифицирани в три основни типа:

Гигантски магниторезистивен (GMR)

При Гигантски магниторезистивен ефект, съпротивлението на магниторезистора значително намалява, когато неговите феромагнитни слоеве са ориентирани паралелно един към друг. Напротив, когато тези слоеве са в антипаралелно състояние, съпротивлението се увеличава драстично. Структурната конфигурация на GMR устройство е илюстрирана на фигурата по-долу.

Екстраординарен магниторезистивен (EMR)

В случая на Екстраординарен магниторезистивен ефект, съпротивлението на металът показва отличително поведение. В отсъствие на магнитно поле, съпротивлението е относително високо. Обаче, когато се приложи магнитно поле, съпротивлението намалява значително, демонстрирайки забележителна промяна в електрическите свойства в отговор на магнитното влияние.

Тунелен магниторезистор (TMR)

В Тунелен магниторезистор, провеждането на ток се осъществява по уникален начин. Токът преминава от един феромагнитен електрод, минавайки през изолиращ слой. Количество ток, който преминава през този изолиращ барьер, е силно зависимо от относителната ориентация на намагничеността в феромагнитните електроди. Различните направления на намагничеността могат да доведат до значителни вариации в големината на тунелния ток, което прави това свойство ключово за различни приложения, които разчитат на точен контрол и детекция на магнитни състояния.

Съществено количество ток ще протече, когато направленията на намагничеността на електродите са паралелни едно към друго. Напротив, антипаралелната ориентация на направленията на намагничеността значително увеличава съпротивлението между слоевете.