巨磁阻傳感器

　　物質(zhì)的電阻率在磁場(chǎng)中會(huì)產(chǎn)生輕微變化。這種現(xiàn)象叫磁阻效應(yīng)（AMR）。某些條件下物質(zhì)電阻率會(huì)隨磁場(chǎng)產(chǎn)生較大變化稱作巨磁阻效應(yīng)（GMR）。GMR可以比AMR大一個(gè)數(shù)量級(jí)的靈敏度。巨磁阻效應(yīng)是一種量子力學(xué)和凝聚態(tài)物理學(xué)現(xiàn)象，是指磁性材料的電阻率在有外磁場(chǎng)作用時(shí)較之無(wú)外磁場(chǎng)作用時(shí)存在巨大變化的現(xiàn)象。

　　巨磁阻又稱特大磁電阻，即GMR（Giant Magneto Resistance），GMR磁頭是由4層導(dǎo)電材料和磁性材料薄膜構(gòu)成的：一個(gè)傳感層、一個(gè)非導(dǎo)電中介層、一個(gè)磁性的栓層和一個(gè)交換層。

　　根據(jù)導(dǎo)電的微觀機(jī)理，電子在導(dǎo)電時(shí)并不是沿電場(chǎng)直線前進(jìn)，而是不斷和晶格中的原子產(chǎn)生碰撞（又稱散射），每次散射后電子都會(huì)改變運(yùn)動(dòng)方向，總的運(yùn)動(dòng)是電場(chǎng)對(duì)電子的定向加速與這種無(wú)規(guī)散射運(yùn)動(dòng)的疊加。稱電子在兩次散射之間走過(guò)的平均路程為平均自由程，電子散射幾率小，則平均自由程長(zhǎng)，電阻率低。電阻定律 R=ρl/S中，把電阻率ρ視為常數(shù)，與材料的幾何尺度無(wú)關(guān)，這是忽略了邊界效應(yīng)。當(dāng)材料的幾何尺度小到納米量級(jí)，只有幾個(gè)原子的厚度時(shí)（例如，銅原子的直徑約為0.3nm），電子在邊界上的散射幾率大大增加，可以明顯觀察到厚度減小，電阻率增加的現(xiàn)象。

01硬盤巨磁阻效應(yīng)的讀出磁頭

　　極大的提高了磁盤記錄密度，極大提高了硬盤的容量，同時(shí)縮小了硬盤的體積。目前硬盤最大容量已經(jīng)達(dá)到4TB。遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于應(yīng)用巨磁阻效應(yīng)前的硬盤。

02角度、位置傳感器

　　用于數(shù)控機(jī)床、汽車測(cè)速、非接觸開(kāi)關(guān)、旋轉(zhuǎn)編碼器等領(lǐng)域 。具有功耗小、可靠性高、體積小、價(jià)格便宜和更強(qiáng)的輸出信號(hào)等優(yōu)點(diǎn) 。如圖英飛凌采用GMR效應(yīng)生產(chǎn)傳感器。

03基于GMR傳感器陣列的生物檢測(cè)

　　GMR傳感器比電子傳感器更靈敏、可重復(fù)性強(qiáng)，具有更寬的工作溫度、工作電壓和抗機(jī)械沖擊、震動(dòng)的優(yōu)異性能，而且GMR傳感器的工作點(diǎn)也不會(huì)隨時(shí)間推移而發(fā)生偏移。GMR傳感器的制備成本和檢測(cè)成本低，對(duì)樣本的需求量很小。由GMR傳感器組成的陣列，還可以結(jié)合現(xiàn)有的IC工藝，提高整體設(shè)備的集成度，進(jìn)行多目標(biāo)的檢測(cè)。同時(shí)，對(duì)比傳統(tǒng)的熒光檢測(cè)法，磁性標(biāo)記沒(méi)有很強(qiáng)的環(huán)境噪聲，標(biāo)記本身不會(huì)逐漸消退，也不需要昂貴的光學(xué)掃描設(shè)備以及專業(yè)的操作人員。

04GMR傳感器芯片在軍事裝備上的應(yīng)用

　　比如：超微磁場(chǎng)探測(cè)器 ，地磁場(chǎng)探測(cè)傳感器 ，航天器磁場(chǎng)方位傳感器