TMR磁傳感器芯片有哪些特性？有哪些應(yīng)用？

1.TMR基本結(jié)構(gòu)、原理與特點(diǎn)

二十世紀(jì)八九十年代，隨著材料技術(shù)和微加工技術(shù)的發(fā)展，GMR（巨磁電阻）、TMR（隧穿磁電阻）效應(yīng)逐步被發(fā)現(xiàn)并被認(rèn)為具有廣闊的應(yīng)用前景，尤其是具有更高M(jìn)R比率（即更高的靈敏度）、更低功耗的TMR，被廣泛應(yīng)用于信息存儲(chǔ)領(lǐng)域，并正在逐步取代霍爾元件等成為新一代的集成化磁場傳感器技術(shù)。

圖1：典型磁傳感器性能對(duì)比

在兩層磁性層中間夾一層極薄的非磁性層，其兩側(cè)電阻將隨兩層磁性層的磁化方向的相對(duì)關(guān)系變化，兩層磁化方向平行時(shí)阻值最?。≧p），反平行時(shí)阻值最大（RAp），MR值即定義為MR=(RAp-Rp)/Rp，GMR和TMR均具有類似結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，不同的是，GMR中的非磁性層是金屬層（通常為Cu），起源于自旋相關(guān)的電子散射，MR值通常在百分之幾到百分之十幾；TMR中的非磁性層則為絕緣材料（通常為Al2O3或MgO），起源于隧穿效應(yīng)，MR值通常在100% - 200%之間。

TMR效應(yīng)通?？梢杂啥黧w模型解釋：電子在輸運(yùn)過程中自旋方向不變，在平行磁化狀態(tài)下電子將由多子態(tài)進(jìn)入多子態(tài)（少子態(tài)進(jìn)入少子態(tài)），對(duì)應(yīng)了小電阻，而在反平行磁化狀態(tài)下電子將由多子態(tài)進(jìn)入少子態(tài)（少子態(tài)進(jìn)入多子態(tài)），對(duì)應(yīng)了大電阻。若利用反鐵磁層或人工反鐵磁將其中一層鐵磁層的磁化方向固定（釘扎）作為參考層，另一層鐵磁層則作為自由層隨外磁場偏轉(zhuǎn)，則其整體電阻即隨外磁場線性變化，這就是TMR芯片的基本單元MTJ（磁隧道結(jié)），如圖2所示。在實(shí)際應(yīng)用中，為保證TMR傳感器的高靈敏線性輸出，通常保持自由層和參考層的初始磁化方向垂直，如圖3所示。

圖2：TMR基本原理（左）及典型結(jié)構(gòu)（右）示意圖

圖3：TMR基本結(jié)構(gòu)（左）及傳輸曲線（右）

2.TMR芯片介紹

2.1產(chǎn)品基本特性

Magic2001及Magic2952產(chǎn)品采用獨(dú)有的TopSenseTM專利技術(shù)，形成了具有極低磁滯、極強(qiáng)抗磁場干擾能力的系列TMR線性磁傳感芯片產(chǎn)品，其封裝均采用DFN2*2-8L形式，阻值依照規(guī)格可訂制在kΩ級(jí)至MΩ級(jí)。其中Magic2001產(chǎn)品典型線性范圍為±20 Oe，典型靈敏度為6 mV/V/Oe；Magic2952產(chǎn)品典型線性范圍±100 Oe，典型靈敏度1.5 mV/V/Oe。產(chǎn)品表現(xiàn)出極低的磁滯，并在強(qiáng)磁場沖擊后傳輸曲線保持幾乎完全一致，而傳統(tǒng)產(chǎn)品在強(qiáng)磁沖擊后將產(chǎn)生嚴(yán)重畸變，磁滯明顯增加，如圖4所示。

圖4：TopSense抗磁場沖擊性能與傳統(tǒng)技術(shù)對(duì)比

此外，使用了TopSenseTM技術(shù)的TMR傳感器具有一階線性溫漂，這一特點(diǎn)使得后續(xù)的溫度調(diào)理電路可以得到極大簡化，調(diào)理效果得到明顯提升。圖5展示了使用TopSense技術(shù)的TMR傳感器在進(jìn)行溫度調(diào)理后不同溫度下的響應(yīng)，得到了良好的一致性。

圖5：TopSense技術(shù)TMR調(diào)理后不同溫度下的響應(yīng)

該系列產(chǎn)品采用了較小的封裝，芯片面積僅有2 mm*2 mm，為產(chǎn)品應(yīng)用帶來了相當(dāng)靈活的選擇。

2.2產(chǎn)品應(yīng)用前景

在實(shí)際應(yīng)用過程中，受電磁干擾、雷電沖擊、設(shè)備啟停導(dǎo)致的瞬間過電流等均有可能在傳感器周圍產(chǎn)生強(qiáng)磁干擾，良好的抗強(qiáng)磁干擾的穩(wěn)定性可以保證芯片在復(fù)雜工況下穩(wěn)定工作，極低的磁滯可以保證傳感器的線性度及精度，提高重復(fù)測量的一致性。在室外等寬溫度環(huán)境工作時(shí)，一階線性溫漂特性可以使傳感器通過簡便的溫漂調(diào)理方式即獲得十分良好的溫度穩(wěn)定性，保障在環(huán)境溫度劇烈變化時(shí)傳感器仍能正常、精準(zhǔn)地工作。采用TopSenseTM技術(shù)制備的具有極低磁滯，極強(qiáng)抗強(qiáng)磁干擾能力、一階線性溫漂的TMR線性傳感芯片將在汽車傳感、智能電網(wǎng)、新能源等磁場、電流測量領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。 ?

審核編輯：劉清