Šta je magnetorezistor?

Definicija: Kada se otpor određenih metala i poluprovodnih materijala menja u prisustvu magnetskog polja, ovaj fenomen se naziva efekat magnetno-otporne promene. Komponente koje pokazuju ovaj efekat zovu se magnetno-otpori. Na jednostavan način, magnetno-otpor je vrsta otpornika čija se vrednost otpora menja sa jačinom i smerom spoljnog magnetskog polja.

Magnetno-otpori igraju ključnu ulogu u otkrivanju prisustva magnetskog polja, merenju njegove jačine i određivanju smera magnetske sile. Obično su izrađeni od poluprovodnih materijala poput indijum antimonida ili indijum arsenida, koji poseduju jedinstvene električne osobine koje ih čine visoko osjetljivima na magnetska polja.

Princip rada magnetno-otpora

Rad magnetno-otpora temelji se na principu elektrodinamike. Prema ovom principu, sila koja deluje na vodilac struje u magnetskom polju može promeniti smer struje. Kada nema magnetskog polja, nosači naboja u magnetno-otporu kreću duž prave linije.

Međutim, u prisustvu magnetskog polja, smer struje se menja i teče u suprotnom smeru. Okomit put struje povećava mobilnost nosača naboja, što dovodi do sudara. Ovi sudari rezultiraju gubitkom energije u obliku toplote, a ta toplota uzrokuje povećanje otpora magnetno-otpora. Samo veoma mala količina struje teče kroz magnetno-otpor zbog ograničenog broja slobodnih elektrona.

Odsuranje elektrona u magnetno-otporu zavisi od njihove mobilnosti. Mobilnost nosača naboja u poluprovodnim materijalima je viša u poređenju sa metalima. Na primer, mobilnost indijum arsenida ili indijum antimonida iznosi približno 2,4 m²/Vs.

Karakteristike magnetno-otpora

Osjetljivost magnetno-otpora zavisi od jačine magnetskog polja. Karakteristična kriva magnetno-otpora prikazana je na slici ispod.

U odsustvu magnetskog polja, magnetizacija elementa magnetno-otpora je nula. Kako magnetsko polje počne da se neznatno povećava, otpor materijala teži vrednosti koja odgovara tački b. Prisustvo magnetskog polja dovodi do toga da se element magnetno-otpora okrene za ugao od 45º.

Sa daljim povećanjem jačine magnetskog polja, kriva dostiže tačku nasitnjenja, označenu kao tačka C. Magnetno-otporni element tipično radi ili u inicijalnom stanju (tačka O) ili blizu tačke b. Kada radi u tački b, pokazuje linearnu karakteristiku.

Vrste magnetno-otpora

Magnetno-otpori mogu biti kategorizirani u tri glavne vrste:

Gigantska magnetno-otporne promene (GMR)

U efektu gigantskih magnetno-otporne promene, otpor magnetno-otpora znatno opada kada su njegove feromagnetske slojeve poravnate paralelno jedno drugom. Suprotno tome, kada su ovi slojevi u antiparalelnom poravnanju, otpor se dramatično povećava. Strukturna konfiguracija GMR uređaja prikazana je na slici ispod.

Izuzetne magnetno-otporne promene (EMR)

U slučaju izuzetnih magnetno-otporne promena, otpor metala pokazuje specifično ponašanje. U odsustvu magnetskog polja, otpor je relativno visok. Međutim, kada se primeni magnetsko polje, otpor se značajno snižava, pokazujuci značajnu promenu električnih osobina u odgovoru na magnetsko uticaj.

Tunelni magnetno-otpor (TMR)

U tunelnom magnetno-otporu, provođenje struje dešava se na jedinstven način. Struja prelazi iz jednog feromagnetskog elektroda, prodirući kroz izolativni sloj. Količina struje koja prodira kroz ovu izolativnu barieru značajno zavisi od relativnog orijentacije magnetizacije u feromagnetskim elektrodima. Različite smernice magnetizacije mogu dovesti do značajnih varijacija u veličini tunelne struje, čime se ova osobina čini ključnom za razne primene koje se oslanjaju na precizno upravljanje i detekciju magnetskih stanja.

Relativno velika struja će teći kada su smernice magnetizacije elektroda paralelne jedna drugoj. Suprotno tome, antiparalelno raspoređenje smernica magnetizacije značajno povećava otpor između slojeva.