Kas ir magnētoresistors?

Definīcija: Kad dažu metālu un puslēdus materiālu pretestība mainās magnētiskā lauka klātbūtnē, šo parādību sauc par magnētoresistīves efektu. Komponentes, kas izrāda šo efektu, sauc par magnētoresistorkām. Vienkārši sakot, magnētoresistora ir tāda veida rezistors, kuras pretestības vērtība svārstās ar ārējā magnētiskā lauka stiprumu un virzieniem.

Magnētoresistorkas spēlē nozīmīgu lomu magnētiskā lauka klātbūtnes uztveršanā, tā stipruma mērīšanā un magnētiskās spēka virziena noteikšanā. Tās parasti izgatavo no puslēdus materiāliem, piemēram, indija antimonīda vai indija arsēnīda, kuriem ir unikālas elektriskās īpašības, kas padara tos ļoti jūtīgus pret magnētiskajiem laukiem.

Magnētoresistora darbības princips

Magnētoresistora darbība balstās uz elektrodinamikas principu. Saskaņā ar šo principu, spēks, kas iedarbojas uz strāvas nesēju vadā magnētiskā laukā, var mainīt strāvas virzieni. Ja nav magnētiskā lauka, magnētoresistora lādiņi pārvietojas taisnā ceļā.

Tomēr magnētiskā lauka klātbūtnē strāvas virziens mainās un plūst pretēji. Strāvas cirkulārais ceļš palielina lādiņu mobilitāti, kas ved pie sadursmēm. Šie sadursmes rezultātā enerģija tiek zaudēta formā siltums, un šis siltums rada magnētoresistora pretestības palielināšanos. Tā kā ir tikai mazākā skaita brīvās elektronu, magnētoresistorā plūst tikai ļoti maza strāvas daudzums.

Elektronu novirzīšanās magnētoresistorā atkarīga no to mobilitātes. Puslēdus materiālos lādiņu mobilitāte ir lielāka nekā metālos. Piemēram, indija arsēnīda vai indija antimonīda mobilitāte aptuveni ir 2,4 m²/Vs.

Magnētoresistora īpašības

Magnētoresistora jūtība atkarīga no magnētiskā lauka stipruma. Magnētoresistora raksturistikas līkne redzama attēlā zemāk.

Magnētiskā lauka nepastāvēšanā magnētoresistora elementa magnetizācija ir nulle. Kad magnētiskais lauks sāk liekni palielināties, materiāla pretestība tuvojas vērtībai, kas atbilst punktam b. Magnētiskā lauka klātbūtne izraisa magnētoresistora elementa pagriešanos par 45º leņķi.

Ar magnētiskā lauka stipruma turpmāku palielināšanos, līkne sasniedz saturošanas punktu, ko apzīmē punkts C. Parasti magnētoresistīvais elements darbojas vai nu sākotnējā stāvoklī (punkts O) vai tuvā punktam b. Darbojoties punktā b, tā parāda lineāru raksturīstiku.

Magnētoresistoru veidi

Magnētoresistorkas var sadalīt trīs galvenos veidos:

Izsmalcinātā magnētoresistīve (GMR)

Izsmalcinātā magnētoresistīvā efektā magnētoresistora pretestība būtiski samazinās, ja tās ferromagnētiskie slāņi ir savstarpēji paralēli orientēti. Savukārt, kad šie slāņi ir antiparaleli orientēti, pretestība drīzāk dramatiski palielinās. GMR ierīces strukturālā konfigurācija attēlotā zemāk esošajā attēlā.

Neparasts magnētoresistīves efekts (EMR)

Neparasta magnētoresistīvā efektā metāla pretestība rāda atšķirīgu uzvedību. Bez magnētiskā lauka pretestība ir salīdzinoši augsta. Tomēr, kad tiek piemērots magnētiskais lauks, pretestība būtiski samazinās, demonstrējot ievērojamu elektrisko īpašību maiņu reakcijā uz magnētiskā ietekmes.

Tunelējošais magnētoresistora (TMR)

Tunelējošajā magnētoresistorā strāvas caurstrāvēšanās notiek unikālā veidā. Strāva pārvietojas no viena ferromagnētiskā elektroda, pārsniedzot izolējošu slāni. Tas, cik strāva tunelē caur šo izolējošo barjeru, būtiski atkarīgs no relatīvās orientācijas magnētizācijas ferromagnētiskajos elektrodos. Dažādas magnētizācijas virzieni var radīt ievērojamus atšķirības tunelējošā strāvā, kas padara šo īpašību būtisku dažādām lietprāvēm, kas balstās uz precīzu kontrolēšanu un magnētiskā stāvokļa uztveršanu.

Relatīvi liela strāva plūsēs, ja elektrodiem ir paralēla magnētizācijas orientācija. Savukārt, ja magnētizācijas virzieni ir antiparaleli, pretestība starp slāņiem būtiski palielinās.