Hvad er en magnetoresistor?

Definition: Når resistansen af bestemte metaller og halvledermaterialer ændres i nærheden af et magnetfelt, kaldes dette fænomen for magnetoresistiv effekt. Komponenterne, der viser denne effekt, kaldes magnetoresistorer. Med andre ord er en magnetoresistor en type resistor, hvis resistansværdi fluktuerer med styrken og retningen af et eksternt magnetfelt.

Magnetoresistorer spiller en afgørende rolle i detektering af tilstedeværelsen af et magnetfelt, måling af dets styrke og fastsættelse af magnetkraftens retning. De produceres typisk af halvledermaterialer som indiumantimonid eller indiumarsenid, som har unikke elektriske egenskaber, der gør dem højst følsomme over for magnetfelter.

Arbejdssætning af Magnetoresistor

Funktionen af en magnetoresistor er baseret på elektrodynamikkens principper. Ifølge dette princip kan kraften, der virker på en strømførende ledere i et magnetfelt, ændre strømmens retning. Når der ikke er noget magnetfelt, bevæger sig ladningsbærerne i magnetoresistoren langs en lige bane.

I nærværelse af et magnetfelt ændrer strømmens retning dog og flyder i den modsatte retning. Den omvejagtige bane, som strømmen tager, øger mobiliteten af ladningsbærerne, hvilket fører til sammenstød. Disse sammenstød resulterer i energitab i form af varme, og denne varme forårsager en stigning i magnetoresistorens resistans. Kun en meget lille mængde strøm flyder i magnetoresistoren på grund af en begrænset mængde fri elektroner.

Afledningen af elektroner i en magnetoresistor afhænger af deres mobilitet. Mobiliteten af ladningsbærerne i halvledermaterialer er højere sammenlignet med metal. For eksempel er mobiliteten af indiumarsenid eller indiumantimonid ca. 2,4 m²/Vs.

Egenskaber af Magnetoresistor

Følsomheden af en magnetoresistor afhænger af styrken af magnetfeltet. Karakteristikkurven for en magnetoresistor er vist nedenfor.

Når der ikke er noget magnetfelt, er magnetiseringen af magnetoresistorelementet nul. Når magnetfeltet begynder at stige let, nærmer materialens resistans værdien, der svarer til punkt b. Tilstedeværelsen af magnetfeltet får magnetoresistorelementet til at rotere med en vinkel på 45º.

Ved yderligere stigning i magnetfeltets styrke når kurven et mætningspunkt, betegnet ved punkt C. Magnetoresistivt element fungerer typisk enten i det initielle tilstand (punkt O) eller nær punkt b. Når det fungerer ved punkt b, viser det en lineær karakteristik.

Typer af Magnetoresistorer

Magnetoresistorer kan inddeles i tre hovedtyper:

Gigantisk Magnetoresistans (GMR)

I gigantisk magnetoresistanseffekten reduceres resistansen af magnetoresistoren betydeligt, når dens ferromagnetiske lag er justeret parallel med hinanden. Omvendt, når disse lag er i en antiparallel justering, øges resistansen dramatisk. Strukturel konfiguration af et GMR-enheds er illustreret i figuren nedenfor.

Ekstraordinær Magnetoresistans (EMR)

I tilfældet ekstraordinær magnetoresistans viser metallets resistans en distinkt adfærd. I fravær af et magnetfelt er resistansen relativt høj. Når imidlertid et magnetfelt anvendes, falder resistansen betydeligt, hvilket demonstrerer en bemærkelsesværdig ændring i de elektriske egenskaber som respons på magnetindflydelsen.

Tunnelmagnetoresistor (TMR)

I en tunnelmagnetoresistor foregår strømførsel på en unik måde. Strømmen passerer fra et ferromagnetisk elektrod, gennem en isolerende lag. Mængden af strøm, der tunneler gennem denne isolerende barriere, er højst afhængig af de relative orienteringer af magnetiseringen i de ferromagnetiske elektroder. Forskelaktige magnetiseringsretninger kan føre til betydelige variationer i størrelsen på tunnelstrømmen, hvilket gør denne egenskab afgørende for forskellige applikationer, der afhænger af præcis kontrol og detektion af magnetiske tilstande.

En relativt stor strøm vil flyde, når magnetiseringsretninger af elektroderne er parallelle med hinanden. Omvendt øger en antiparallel justering af magnetiseringsretninger betydeligt resistansen mellem lagene.