Kaj je magnetorezistor?

Definicija: Ko se upornost določenih kovin in polprevodniških materialov spremeni v prisotnosti magnetnega polja, ta pojav imenujemo magnetno upornost. Komponente, ki prikazujejo ta učinek, se imenujejo magnetni uporniki. Na enostavno, magnetni upornik je vrsta upornika, katerega vrednost upornosti fluktuira z močjo in smerjo zunanjega magnetnega polja.

Magnetni uporniki igrajo ključno vlogo pri zaznavanju prisotnosti magnetnega polja, merjenju njegove moči in določanju smeri magnetne sile. Običajno so izdelani iz polprevodniških materialov, kot sta indijev antimonid ali indijev arzenid, ki imajo edinstvene električne lastnosti, ki jih naredijo zelo občutljive na magnetna polja.

Delovanje magnetnega upornika

Delovanje magnetnega upornika temelji na principu elektrodinamike. Po tem principu lahko sila, ki deluje na vodnik z tokom v magnetnem polju, spremeni smer toka. Če ni magnetnega polja, se nosilci naboja v magnetnem uporniku gibljejo po ravni poti.

Vendar pa v prisotnosti magnetnega polja se smer toka spremeni in teče v nasprotno smer. Okoliščna pot toka poveča mobilnost nosilcev naboja, kar vodi do trčenj. Ta trčenja povzročijo izgubo energije v obliki toplote, kar poveča upornost magnetnega upornika. Zaradi omejene število svobodnih elektronov skozi magnetni upornik teče le zelo majhen tok.

Odklon elektronov v magnetnem uporniku je odvisen od njihove mobilnosti. Mobilnost nosilcev naboja v polprevodniških materialih je višja v primerjavi s kovinami. Na primer, mobilnost indijeva arzenida ali indijeva antimonida je približno 2,4 m²/Vs.

Značilnosti magnetnega upornika

Občutljivost magnetnega upornika je odvisna od moči magnetnega polja. Značilnostna krivulja magnetnega upornika je prikazana na spodnji sliki.

V odsotnosti magnetnega polja je magnetizacija elementa magnetnega upornika enaka nič. Ko začne malenkost naraščati magnetno polje, se upornost materiala približa vrednosti, ki jo predstavlja točka b. Prisotnost magnetnega polja povzroči, da se element magnetnega upornika obrne za kot 45º.

Z nadaljnjim naraščanjem moči magnetnega polja doseže krivulja saturacijsko točko, označeno z točko C. Magnetni uporni element običajno deluje bujda v začetnem stanju (točka O) ali blizu točke b. Delovanje v točki b prikazuje linearno značilnost.

Vrste magnetnih upornikov

Magnetne upornike lahko razdelimo na tri glavne vrste:

Gigantska magnetna upornost (GMR)

Pri učinku gigantske magnetne upornosti se upornost magnetnega upornika značilno zmanjša, ko so njegove ferromagnetne plasti poravnane vzporedno. Obratno, ko so te plasti v antiparalelnem poravnani, se upornost zelo poveča. Strukturna konfiguracija GMR naprave je prikazana na spodnji sliki.

Izjemna magnetna upornost (EMR)

V primeru izjemne magnetne upornosti upornost kovina kaže posebno obnašanje. V odsotnosti magnetnega polja je upornost relativno visoka. Vendar, ko se uporabi magnetno polje, upornost značilno pada, kar kaže na opazno spremembo električnih lastnosti v odziv na magnetni vpliv.

Tunelni magnetni upornik (TMR)

V tunelni magnetni upornik se tok elektrona odvija na edinstven način. Tok prehaja iz enega ferromagnetnega elektroda skozi izolirno plast. Količina toka, ki tunela skozi to izolirno prepreko, je zelo odvisna od relativne orientacije magnetizacije v ferromagnetnih elektrodih. Različne smeri magnetizacije lahko povzročijo značilne spremembe v velikosti tuneliranega toka, kar to lastnost naredi ključno za različne aplikacije, ki se navezujejo na natančno kontrolo in zaznavanje magnetnih stanj.

Relativno velik tok bo tek, ko so smeri magnetizacije elektrod vzporedne. Obratno, antiparalelna razporeditev smernic magnetizacije značilno poveča upornost med plasti.