Mi a mágnesállandós ellenállás?

Definíció: Amikor bizonyos fémek és fémes anyagok ellenállása megváltozik egy mágneses mező jelenlétében, ezt a jelenséget magnetorezisztív hatásnak nevezzük. A megjelenítő e hatásra képes alkatrészeket magnetorezisztorként hívjuk. Egyszerűen fogalmazva, a magnetorezisztor olyan rezisztor, amelynek az ellenállás-értéke változik a külső mágneses mező erőssége és irányától függően.

A magnetorezisztorok kulcsszerepet játszanak a mágneses mező jelenlétének észlelésében, annak erősségének mérésében és a mágneses erő irányának meghatározásában. Általában indium-antimonid vagy indium-arsenid fémes anyagokból készülnek, amelyek egyedi elektromos tulajdonságokkal rendelkeznek, ami miatt nagyon érzékenyek a mágneses mezőkre.

A magnetorezisztor működési elve

A magnetorezisztor működése az elektrodinamika elvére alapul. Ez az elv szerint a mágneses mezőben áramot vezető vezetékön ható erő megváltoztathatja az áram irányát. Ha nincs mágneses mező, a magnetorezisztorban lévő töltéscarrier-ek egyenes úton mozognak.

Azonban a mágneses mező jelenléte esetén az áram iránya megváltozik és ellentétes irányba folyik. Az áram körvonalú útja növeli a töltéscarrier-ek mobilitását, ami ütközéseket okoz. Ezek az ütközések energiaveszteséget okoznak hő formájában, ami a magnetorezisztor ellenállásának növekedését eredményezi. Csak nagyon kis mennyiségű áram folyik a magnetorezisztorban a korlátozott számú szabad elektron miatt.

A elektronok eltérítése a magnetorezisztorban a mobilitástól függ. A fémes anyagokban a töltéscarrier-ek mobilitása magasabb, mint a fémeknél. Például az indium-arsenid vagy indium-antimonid mobilitása körülbelül 2,4 m²/Vs.

A magnetorezisztor jellemzői

A magnetorezisztor érzékenysége a mágneses mező erősségétől függ. A magnetorezisztor jellemző görbéje a következő ábrán látható.

Mágneses mező hiányában a magnetorezisztor elem mágnesítése nulla. Ahogy a mágneses mező kezd növekedni, az anyag ellenállása a b pontnak megfelelő értékhez közelít. A mágneses mező jelenléte miatt a magnetorezisztor elem 45º-os szögben elfordul.

A mágneses mező erősségének további növekedésével a görbe sättigási pontot ér, amit a C pont jelöl. A magnetorezisztív elem általában a kezdeti állapotban (O pont) vagy a b pont közelében működik. A b pont közelében lineáris jellemzőt mutat.

Magnetorezisztor típusai

A magnetorezisztorok három fő típusba oszthatók:

Nagy Magnetorezisztencia (GMR)

A Nagy Magnetorezisztencia hatás során a magnetorezisztor ellenállása jelentősen csökken, ha ferromágneses rétegei párhuzamosan vannak igazítva. Ezzel ellentétben, ha ezek a rétegek antiparáhuzamosan vannak igazítva, az ellenállás drámai módon növekszik. A GMR eszköz szerkezeti konfigurációja a következő ábrán látható.

Kivételes Magnetorezisztencia (EMR)

A Kivételes Magnetorezisztencia esetén a fém ellenállása egyedülálló viselkedést mutat. Mágneses mező hiányában az ellenállás relatíve magas. Ugyanakkor, ha mágneses mezőt alkalmaznak, az ellenállás jelentősen csökken, ami a mágneses hatásra adott elégtelen változást mutat az elektromos tulajdonságokban.

Túnel-Magnetorezisztor (TMR)

A Túnel-Magnetorezisztorban az áramvezetés egyedülálló módon történik. Az áram átmegy egy ferromágneses elektrodóról, áthalad egy izoláló rétegen. A túnelben áthaladó áram mennyisége nagyban függ a ferromágneses elektrodákban lévő mágnesítés relatív irányától. A különböző mágnesítési irányok jelentős variációkat okozhatnak a túnelben áthaladó áram mennyiségében, ami létfontosságú számos olyan alkalmazás számára, amelyek pontosan ellenőrzik és érzékelik a mágneses állapotokat.

Relatíve nagy áram folyik, ha az elektrodák mágnesítési iránya párhuzamos. Ezzel ellentétben, ha a mágnesítési irányok antiparáhuzamosan vannak igazítva, jelentősen növekszik a rétegek közötti ellenállás.