Što je magnetorezistor?

Definicija: Kada se otpor određenih metala i poluprovodnih materijala mijenja u prisutnosti magnetskog polja, ovo pojava se naziva magnetorezistivni efekt. Komponente koje ispoljavaju ovaj efekt zovu se magnetorezistori. U jednostavnim riječima, magnetorezistor je vrsta rezistora čija vrijednost otpora fluktuira s jačinom i smjerom vanjskog magnetskog polja.

Magnetorezistori igraju ključnu ulogu u otkrivanju prisutnosti magnetskog polja, mjerenju njegove jačine i određivanju smjera magnetske sile. Obično su izrađeni od poluprovodnih materijala poput indijum antimonida ili indijum arsenida, koji posjeduju unikatne električne osobine koje ih čine visoko osjetljivima na magnetska polja.

Princip rada magnetorezistora

Rad magnetorezistora temelji se na principu elektrodinamike. Prema ovom principu, sila koja djeluje na vodilac struje u magnetskom polju može promijeniti smjer struje. Kada nema magnetskog polja, nositelji naboja u magnetorezistoru kreću duž pravolinijske staze.

Međutim, u prisutnosti magnetskog polja, smjer struje se mijenja i teče u suprotnom smjeru. Krivolinijska staza struje povećava mobilnost nositelja naboja, što dovodi do sudara. Ovi sudari rezultiraju gubitkom energije u obliku topline, a ta toplina uzrokuje povećanje otpora magnetorezistora. Samo vrlo mali iznos struje teče kroz magnetorezistor zbog ograničenog broja slobodnih elektrona.

Odbijanje elektrona u magnetorezistoru ovisi o njihovoj mobilnosti. Mobilnost nositelja naboja u poluprovodnim materijalima je veća u usporedbi s metalima. Na primjer, mobilnost indijum arsenida ili indijum antimonida iznosi približno 2,4 m²/Vs.

Osobine magnetorezistora

Osetljivost magnetorezistora ovisi o jačini magnetskog polja. Karakteristična krivulja magnetorezistora prikazana je na slici ispod.

U odsutnosti magnetskog polja, magnetizacija elementa magnetorezistora je nula. Kako magnetsko polje počne malo rasti, otpor materijala približava se vrijednosti koja odgovara točki b. Prisutnost magnetskog polja uzrokuje da se element magnetorezistora okrene za kut od 45º.

S daljnjim porastom jačine magnetskog polja, krivulja doseže točku nasitila, označenu točkom C. Magnetorezivni element obično radi ili u početnom stanju (točka O) ili blizu točke b. Kada radi u točki b, pokazuje linearnu karakteristiku.

Vrste magnetorezistora

Magnetorezistori se mogu podijeliti u tri glavne vrste:

Gigantski magnetorezistivni (GMR)

U gigantskom magnetorezistivnom efektu, otpor magnetorezistora znatno se smanjuje kada su njegove ferromagnetske slojeve poravnate paralelno jedna s drugom. Suprotno, kada su ti slojevi u antiparalelnom poravnanju, otpor se drastično povećava. Strukturna konfiguracija GMR uređaja prikazana je na slici ispod.

Izvanredan magnetorezistivni (EMR)

U slučaju izvanrednog magnetorezistivnog efekta, otpor metala pokazuje specifično ponašanje. U odsutnosti magnetskog polja, otpor je relativno visok. Međutim, kada se primijeni magnetsko polje, otpor značajno pada, demonstrirajući značajnu promjenu električnih svojstava u reakciji na magnetski utjecaj.

Tunelski magnetorezistor (TMR)

U tunelskom magnetorezistoru, provodnost struje događa se na jedinstven način. Struja prolazi od jednog ferromagnetskog elektroda, prelazeći kroz izolacijski sloj. Iznos struje koja prodira kroz ovu izolacijsku barijeru značajno ovisi o relativnom orijentiranju magnetizacije u ferromagnetskim elektrodima. Različiti smjerovi magnetizacije mogu dovesti do značajnih varijacija u magnitudi tunelske struje, čime se ova osobina čini ključnom za razne primjene koje se oslanjaju na preciznu kontrolu i detekciju magnetskih stanja.

Relativno velika struja će teći kada su smjerovi magnetizacije elektroda paralelni jedan s drugim. Suprotno, antiparalelno poređanje smjerova magnetizacije značajno povećava otpor između slojeva.