Qu'est-ce qu'un magnétorésistor？

Définition : Lorsque la résistance de certains métaux et matériaux semi-conducteurs change en présence d'un champ magnétique, ce phénomène est appelé l'effet magnétorésistif. Les composants qui présentent cet effet sont appelés magnétorésistances. En termes simples, une magnétorésistance est un type de résistance dont la valeur de résistance fluctue en fonction de l'intensité et de la direction d'un champ magnétique externe.

Les magnétorésistances jouent un rôle crucial dans la détection de la présence d'un champ magnétique, la mesure de son intensité et la détermination de la direction de la force magnétique. Elles sont généralement fabriquées à partir de matériaux semi-conducteurs tels que l'antimoine d'indium ou l'arséniure d'indium, qui possèdent des propriétés électriques uniques qui les rendent très sensibles aux champs magnétiques.

Principe de fonctionnement de la magnétorésistance

Le fonctionnement d'une magnétorésistance est basé sur le principe de l'électrodynamique. Selon ce principe, la force agissant sur un conducteur porteur de courant dans un champ magnétique peut changer la direction du courant. En l'absence de champ magnétique, les porteurs de charge dans la magnétorésistance se déplacent le long d'un trajet rectiligne.

Cependant, en présence d'un champ magnétique, la direction du courant change et s'écoule dans la direction opposée. Le trajet sinueux du courant augmente la mobilité des porteurs de charge, ce qui conduit à des collisions. Ces collisions entraînent une perte d'énergie sous forme de chaleur, et cette chaleur provoque une augmentation de la résistance de la magnétorésistance. Seul un très faible courant circule dans la magnétorésistance en raison de la présence d'un nombre limité d'électrons libres.

La déviation des électrons dans une magnétorésistance dépend de leur mobilité. La mobilité des porteurs de charge dans les matériaux semi-conducteurs est plus élevée par rapport à celle dans les métaux. Par exemple, la mobilité de l'arséniure d'indium ou de l'antimoine d'indium est d'environ 2,4 m²/Vs.

Caractéristiques de la magnétorésistance

La sensibilité d'une magnétorésistance dépend de l'intensité du champ magnétique. La courbe caractéristique d'une magnétorésistance est montrée dans la figure ci-dessous.

En l'absence de champ magnétique, la magnétisation de l'élément de magnétorésistance est nulle. Lorsque le champ magnétique commence à augmenter légèrement, la résistance du matériau approche la valeur correspondant au point b. La présence du champ magnétique cause la rotation de l'élément de magnétorésistance par un angle de 45º.

Avec une augmentation supplémentaire de l'intensité du champ magnétique, la courbe atteint un point de saturation, désigné par le point C. L'élément magnétorésistif fonctionne généralement soit à l'état initial (point O), soit près du point b. Lorsqu'il fonctionne au point b, il présente une caractéristique linéaire.

Types de magnétorésistances

Les magnétorésistances peuvent être classées en trois types principaux :

Magnétorésistance géante (GMR)

Dans l'effet de magnétorésistance géante, la résistance de la magnétorésistance diminue considérablement lorsque ses couches ferromagnétiques sont alignées parallèlement. Inversement, lorsque ces couches sont en alignement antiparallèle, la résistance augmente de manière significative. La configuration structurale d'un dispositif GMR est illustrée dans la figure ci-dessous.

Magnétorésistance extraordinaire (EMR)

Dans le cas de la magnétorésistance extraordinaire, la résistance du métal montre un comportement distinct. En l'absence de champ magnétique, la résistance est relativement élevée. Cependant, lorsqu'un champ magnétique est appliqué, la résistance diminue considérablement, démontrant un changement notable des propriétés électriques en réponse à l'influence magnétique.

Magnétorésistance à effet tunnel (TMR)

Dans une magnétorésistance à effet tunnel, la conduction du courant se produit d'une manière unique. Le courant traverse d'un électrode ferromagnétique, passant à travers une couche isolante. La quantité de courant qui tunnelise à travers cette barrière isolante dépend fortement de l'orientation relative de la magnétisation dans les électrodes ferromagnétiques. Des directions de magnétisation différentes peuvent conduire à des variations significatives de l'intensité du courant de tunnel, rendant cette propriété cruciale pour diverses applications qui reposent sur un contrôle précis et une détection précise des états magnétiques.

Un courant relativement important circulera lorsque les directions de magnétisation des électrodes sont parallèles. Inversement, un arrangement antiparallèle des directions de magnétisation augmente considérablement la résistance entre les couches.