Definition: När resistansen hos vissa metaller och halvledarmaterial ändras i närvaro av ett magnetfält kallas detta fenomen för magnetoresistans. Komponenterna som visar detta fenomen kallas magnetoresistorer. Med andra ord är en magnetoresistor en typ av resistor vars resistansvärde varierar med styrkan och riktningen av ett externt magnetfält.
Magnetoresistorer spelar en viktig roll vid detektering av magnetfältsnärvaro, mätning av dess styrka och fastställande av magnetkraftens riktning. De tillverkas vanligtvis av halvledarmaterial som indiumantimonid eller indiarssenid, vilka har unika elektriska egenskaper som gör dem mycket känsliga för magnetfält.
Arbetsprincip för magnetoresistor
Funktionen hos en magnetoresistor baseras på elektrodynamikens princip. Enligt denna princip kan den kraft som verkar på en strömförande ledare i ett magnetfält ändra strömmens riktning. När det inte finns något magnetfält rör sig laddningsbärarna i magnetoresistorn längs en rak bana.
Men i närvaro av ett magnetfält ändras strömmens riktning och flödar i motsatt riktning. Den slingrande banan av strömmen ökar laddningsbärarnas mobilitet, vilket leder till kollisioner. Dessa kollisioner resulterar i energiförlust i form av värme, och denna värme orsakar en ökning av magnetoresistorns resistans. Endast en mycket liten strömflöde passerar genom magnetoresistorn på grund av begränsat antal fria elektroner.
Avvikelsen av elektroner i en magnetoresistor beror på deras mobilitet. Mobilheten hos laddningsbärare i halvledarmaterial är högre jämfört med metall. Till exempel är mobilheten för indiumarsenid eller indiumantimonid ungefär 2,4 m²/Vs.
Egenskaper hos magnetoresistor
Känsligheten hos en magnetoresistor beror på magnetfältets styrka. Karakteristikkurvan för en magnetoresistor visas nedan.
När det inte finns något magnetfält är magnetiseringen av magnetoresistorelementet noll. När magnetfältet börjar öka något närmast, närmar sig resistansen för materialet värdet som motsvarar punkt b. Närvaron av magnetfältet orsakar att magnetoresistorelementet roterar med en vinkel på 45º.
Vid ytterligare ökning av magnetfältets styrka når kurvan en mättnadspunkt, betecknad med punkt C. Magnetoresistorelementet fungerar vanligtvis antingen i initialtillstånd (punkt O) eller nära punkt b. När det fungerar vid punkt b visar det en linjär karaktär.
Typer av magnetoresistorer
Magnetoresistorer kan indelas i tre huvudtyper:
Jättelik magnetoresistans (GMR)
I fallet med jättelik magnetoresistans minskar resistansen för magnetoresistorn markant när dess ferromagnetiska lager är parallella med varandra. Om dessa lager istället är i antiparallell justering, ökar resistansen dramatiskt. Den strukturella konfigurationen av en GMR-enhet illustreras nedan.
Extraordinär magnetoresistans (EMR)
I fallet med extraordinär magnetoresistans visar resistansen för metallen ett distinkt beteende. När det inte finns något magnetfält är resistansen relativt hög. Men när ett magnetfält appliceras, sjunker resistansen betydligt, vilket visar en märkbar förändring i de elektriska egenskaperna i svar på magnetisk påverkan.
Tunnelmagnetoresistor (TMR)
I en tunnelmagnetoresistor sker strömföring på ett unikt sätt. Strömmen passerar från en ferromagnetisk elektrod, genom en isolerande lager. Mängden ström som tunnlar genom denna isolerande barriär är starkt beroende av den relativa orienteringen av magnetiseringen i de ferromagnetiska elektroder. Olika magnetiseringsriktningar kan leda till betydande variationer i storleken på tunnlandet ström, vilket gör denna egenskap viktig för olika tillämpningar som bygger på exakt kontroll och detektion av magnetiska tillstånd.
En relativt stor ström kommer att flöda när magnetiseringsriktningarna för elektroder är parallella med varandra. Omvänt, en antiparallell anordning av magnetiseringsriktningarna ökar betydligt resistansen mellan lagen.
