Hva er en magnetoresistor?

Definisjon: Når motstanden til visse metaller og halvledermaterialer endres i tilstedeværelse av et magnetfelt, refereres dette fenomenet som magnetoresistans. Komponentene som viser dette effektet, kalles magnetoresistorer. Med andre ord er en magnetoresistor en type resistor hvor motstandens verdi fluktuere med styrken og retningen av et eksternt magnetfelt.

Magnetoresistorer spiller en viktig rolle i å oppdage tilstedeværelsen av et magnetfelt, måle dets styrke, og bestemme retningen av magnetkraften. De er vanligvis laget av halvledermaterialer som indiumantimonid eller indiarssenid, som har unike elektriske egenskaper som gjør dem svært følsomme for magnetfelt.

Arbeidsprinsipp for magnetoresistor

Driften av en magnetoresistor baserer seg på prinsippet om elektrodynamikk. Ifølge dette prinsippet kan kraften som virker på en strømfører i et magnetfelt endre strømmens retning. Når det ikke er noen magnetisk felt, beveger ladningsbærerne i magnetoresistoren langs en rett bane.

Imidlertid, i tilstedeværelse av et magnetfelt, endrer strømmens retning og flyter i motsatt retning. Den sirkulære banen til strømmen øker mobiliteten til ladningsbærerne, noe som fører til kollisjoner. Disse kollisjonene resulterer i energitap i form av varme, og denne varmen fører til en økning i motstanden til magnetoresistoren. Bare en veldig liten strømstyrke flyter i magnetoresistoren på grunn av et begrenset antall frie elektroner.

Avviklingen av elektroner i en magnetoresistor avhenger av deres mobilitet. Mobiliteten til ladningsbærere i halvledermaterialer er høyere sammenlignet med metall. For eksempel er mobiliteten til indiarssenid eller indiumantimonid omtrent 2,4 m²/Vs.

Egenskaper til magnetoresistor

Følsomheten til en magnetoresistor avhenger av styrken på magnetfeltet. Karakteristikkurven til en magnetoresistor er vist nedenfor.

I fravær av et magnetfelt er magnetiseringen av magnetoresistorelementet null. Når magnetfeltet begynner å øke litt, nærmer motstanden til materialet verdien som tilsvarer punkt b. Tilstedeværelsen av magnetfeltet får magnetoresistorelementet til å rotere med en vinkel på 45º.

Ved videre økning av magnetfeltets styrke, når kurven et saturasjonspunkt, markert med punkt C. Magnetoresistivt element opererer typisk enten ved den initielle tilstanden (punkt O) eller nær punkt b. Når det opererer ved punkt b, viser det en lineær karakteristikk.

Typer av magnetoresistorer

Magnetoresistorer kan deles inn i tre hovedtyper:

Gigantisk magnetoresistans (GMR)

I gigantisk magnetoresistanse effekt blir motstanden til magnetoresistoren betydelig redusert når dens ferromagnetiske lag er justert parallelle til hverandre. Omvendt, når disse lagene er i en antiparallel justering, øker motstanden dramatisk. Strukturen til et GMR-enhet er illustrert nedenfor.

Ekstraordinær magnetoresistans (EMR)

I tilfelle ekstraordinær magnetoresistans viser motstanden til metallet en distinkt oppførsel. I fravær av et magnetfelt er motstanden relativt høy. Imidlertid, når et magnetfelt påføres, faller motstanden betydelig, demonstrerer en merkelig endring i elektriske egenskaper i respons til magnetisk påvirkning.

Tunnelmagnetoresistor (TMR)

I en tunnelmagnetoresistor forekommer strømføring på en unik måte. Strømmen passerer fra et ferromagnetisk elektrod, gjennom en isolerende lag. Mengden strøm som tunneler gjennom denne isolerende barriere er sterkt avhengig av den relative orienteringen av magnetiseringen i ferromagnetiske elektroder. Forskjellige magnetiseringretninger kan føre til betydelige variasjoner i størrelsen på tunnellstrømmen, noe som gjør denne egenskapen viktig for ulike anvendelser som stoler på presis kontroll og deteksjon av magnetiske tilstander.

En relativt stor strøm vil flyte når magnetiseringens retninger for elektrodene er parallelle med hverandre. Omvendt, en antiparallel plassering av magnetiseringens retninger øker betydelig motstanden mellom lagene.