Definisi: Apabila rintangan logam dan bahan semikonduktor tertentu berubah di hadapan medan magnet, fenomena ini dikenali sebagai kesan magnetoresistif. Komponen yang menunjukkan kesan ini dipanggil magnetoresistor. Secara ringkasnya, magnetoresistor adalah sejenis resistor di mana nilai rintangannya berfluktuasi mengikut kekuatan dan arah medan magnet luar.
Magnetoresistor memainkan peranan penting dalam mendeteksi kehadiran medan magnet, mengukur kekuatannya, dan menentukan arah daya magnet. Mereka biasanya dibuat dari bahan semikonduktor seperti antimonida indium atau arsenida indium, yang memiliki sifat elektrik unik yang membuat mereka sangat sensitif terhadap medan magnet.
Prinsip Kerja Magnetoresistor
Operasi magnetoresistor berdasarkan prinsip elektrodinamik. Menurut prinsip ini, daya yang bertindak pada konduktor yang membawa arus dalam medan magnet boleh mengubah arah arus. Ketika tidak ada medan magnet, pembawa muatan dalam magnetoresistor bergerak sepanjang jalur lurus.
Namun, di hadapan medan magnet, arah arus berubah dan mengalir ke arah yang berlawanan. Jalur melingkar arus meningkatkan mobiliti pembawa muatan, yang menyebabkan tabrakan. Tabrakan ini menghasilkan kehilangan tenaga dalam bentuk haba, dan haba ini menyebabkan peningkatan rintangan magnetoresistor. Hanya magnitud arus yang sangat kecil yang mengalir dalam magnetoresistor disebabkan oleh jumlah elektron bebas yang terbatas.
Penyimpangan elektron dalam magnetoresistor bergantung pada mobilitinya. Mobiliti pembawa muatan dalam bahan semikonduktor lebih tinggi berbanding logam. Sebagai contoh, mobiliti arsenida indium atau antimonida indium adalah kira-kira 2.4 m²/Vs.
Ciri-ciri Magnetoresistor
Kesensitifan magnetoresistor bergantung pada kekuatan medan magnet. Kurva ciri magnetoresistor ditunjukkan dalam gambar di bawah.
Dalam ketiadaan medan magnet, magnetisasi elemen magnetoresistor adalah sifar. Ketika medan magnet mulai meningkat sedikit, rintangan bahan mendekati nilai yang sesuai dengan titik b. Kehadiran medan magnet menyebabkan elemen magnetoresistor berputar sebanyak 45º.
Dengan peningkatan kekuatan medan magnet yang lebih lanjut, kurva mencapai titik jenuh, yang ditandai dengan titik C. Elemen magnetoresistif biasanya beroperasi entah pada keadaan awal (titik O) atau hampir titik b. Ketika beroperasi pada titik b, ia menunjukkan ciri linear.
Jenis-jenis Magnetoresistor
Magnetoresistor dapat dikategorikan menjadi tiga jenis utama:
Magnetoresistans Raksasa (GMR)
Dalam kesan Magnetoresistans Raksasa, rintangan magnetoresistor berkurang secara signifikan apabila lapisan ferromagnetiknya sejajar satu sama lain. Sebaliknya, apabila lapisan-lapisan ini berada dalam susunan antiparalel, rintangan meningkat secara dramatik. Konfigurasi struktur peranti GMR ditunjukkan dalam gambar di bawah.
Magnetoresistans Luar Biasa (EMR)
Dalam kes Magnetoresistans Luar Biasa, rintangan logam menunjukkan perilaku yang berbeza. Dalam ketiadaan medan magnet, rintangan relatif tinggi. Namun, apabila medan magnet diterapkan, rintangan turun secara signifikan, menunjukkan perubahan yang mencolok dalam sifat elektrik sebagai respons terhadap pengaruh magnetik.
Magnetoresistor Terowongan (TMR)
Dalam Magnetoresistor Terowongan, konduksi arus berlaku dengan cara yang unik. Arus melalui dari satu elektroda ferromagnetik, melewati lapisan isolasi. Jumlah arus yang menembusi penghalang isolasi ini sangat bergantung pada orientasi relatif magnetisasi dalam elektroda ferromagnetik. Arah magnetisasi yang berbeza dapat menyebabkan variasi yang signifikan dalam magnitud arus terowongan, menjadikan sifat ini penting untuk pelbagai aplikasi yang bergantung pada kawalan dan deteksi tepat keadaan magnetik.
Arus yang agak besar akan mengalir apabila arah magnetisasi elektroda sejajar satu sama lain. Sebaliknya, susunan antiparalel arah magnetisasi secara signifikan meningkatkan rintangan antara lapisan.
