巨磁電阻材料及其在電子元器件上的應用

黃曉輝

摘要 隨著時代的發展和科技的進步，電子學所產生的作用越來越大，其與各學科的聯系也逐漸緊密起來。因此也出現了許多相關的學科諸如超導電子學等。目前基于電子相關理論有產生了一個新的學科即磁電子學科。一九八八年法國多位學者第一次發現自旋極化輸運過程相關的百分比占到五十以上的巨磁電阻（GM R）在Fe/Cr多層磁性超晶格內之后，使得整個學科又有了一個新的跨越性發展。而巨磁電阻的發現，在整個人類社會都有著極其重要的作用，無論是在電子相關技術領域還是物理學相關技術范圍內，都產生著重要的影響。目前人類根據這樣的原理，已經逐漸開始研發和設計相關概念的新興電子設備器件，為整個世界的發展做出了重要貢獻。

【關鍵詞】巨磁電阻材料 電子元器件 應用

1 巨磁電阻材料概述

磁電阻效應實質上指的是某項物質在整個磁場作用范圍下產生的電阻轉化效應。這種現象是在一八七五年W.Thom-son首先發現的，其發現了基于鐵磁多晶體的相關電阻效應。而后一九八八年法國大學物理系教授在Fe/Cr多層膜中發現了巨磁電阻效應。也就是物質經過磁場作用經過其受到的變化作用產生效應并進行轉變的一種明顯情況體現，他們采用了外延生長得方法將在GaAs （O01）本身上進行外延（001） Fe/（OOl）Cr超晶格，使得Fe，Cr兩層的分別達到三納米和零點九納米，同時在4200溫度和2T的磁場下能夠得到相關變化磁電阻為負百分之五十，這樣一個數值相對來說比人們所熟悉的FeNi合金各向異性磁電阻效應差不多達到大一個數量級，而且數值還不為正，各向屬于同性，因此給與電磁劇組效應之名（GMR，GiantMagnetoresistance）來表示不同。在相關多層膜據此電阻研究的幫助和發展下，一九九二年，幾位學者研究發現，Co/Cu顆粒膜中也有著GM R。后期隨著時代和科技的發展，諸多相關方面都能發現GM R且隨著相關技術的進步，GM R的效應率被發現的也越來越高。

GM R的研究為電子學發展提供了一個良好的環境。通過多年來的研究發展，如今的GM R相關研究已經逐漸被運用到了許多行業，而其中商業研究發展則最為迅速，甚至其轉化速度和轉化程度已經達到了一個巨大的規模，成為相關研究中轉化效率最高且從基本研究極速專項商業應用研究的全球榜樣。GM R材料在高密度讀取磁頭、傳感器儲存信息相關技術方面有著普遍應用，而且在世界上也越來越受到相關學者專家的關注。一九九五年，美國物理學會將據此電阻效應列為年度研究五項重點中的第一位，可見其研究的重要程度和被關注程度。

目前許多方面都在運用霍爾元件。而巨磁電阻材料的性價比在某些方面是要比霍爾元件高的，于是越來越多的產品開始逐漸使用巨磁電阻材料，而事實證明，運用GM R也確實能夠得到更好的使用效果。而且隨著科技的快速進步和知識的共享發展，GM R已經開始被各個行業以及各個方向上發展的相關單位開始研究使用，而通過GM R研制出來的相關產品和設備也越來越多，其使用價值也相對較高。

2 巨磁電阻材料在電子元器件上的實際運用

眾所周知，電子元器件是組成整個相關電子裝備設備的基礎器件，元器件的實際使用性能會對整個機器設備產生一定的影響，而且據相關數據統計，許多電子設備故障的主要原因都是因為電子元器件發生了差池。而目前社會隨著電子科學技術的迅速發展，相關產業器件和設備發展就越來越復雜，越來越龐大，而整個電子元器件的使用和被社會需求的程度也逐漸加大。如今的電子元器件幾乎已經成為了相關機體的核心內容，其本身的運用性能對機體的使用性能會產生極其重要的影響。特別時在一些頂尖的科技水平發展線上，諸如航空航天以及各種軍用機器設備，也正因如此，人們的進步和發展對電子元器件提出了更加嚴格的品質和使用性能要求，而巨磁電阻材料則對電子元器件擁有巨大的影響作用，其具體作用和應用影響可以分為以下幾點：

2.1 高密度以及超高密度磁記錄讀磁頭

利用以往的傳統感應式磁頭在進行信息記錄時，其記錄的信息量和磁感應相對來說比較微弱，因此很難滿足實際使用需要。如果利用薄膜或者其余類型的感應也都會有相關的阻礙，一般普通的薄膜法AM R基本不會超過百分之六，靈敏度相對來說在0.4%/Oe，諸多不足和使用性能相對較低就使得在相關信息記錄時應當采取高效的方法，而后來利用GM R多層膜研發出來得新型磁頭則可以很好的進行記錄，而這樣的信息記錄密度能夠超越目前已知的所有光盤記錄密度，實際使用性能最強。

2.2 巨磁電阻傳感器

傳統磁電阻傳感器一般分為半導體和軟磁合金，半導體的優點是相對線性度不錯，MR也較大，但是需要磁場的力度很高，相對穩定性能也比較差;軟磁合金則屬于飽和場低，MR數值相對較低。

GMR元件具有巨大的GMR值和較大的磁場靈敏度等特點，用來替代傳統磁電阻傳感器，能夠在很大程度上使得傳感器的相關使用性能提高，不論是在分辨度還是靈敏度和準確性等方面都能夠有所提高。運用GM R來進行磁性旋轉編碼器制作，不僅能在靈敏度和準確性等方面有所提高，還能擁有一定的使用耐久度，包括耐高溫和耐環境及場地影響及腐蝕等情況，因此被廣泛運用于汽車電子相關技術中，且發展運用十分可觀。

3 結束語

GMR的發現時間雖然不長，但是其實際使用效果和使用性能在短時間內都得到了業界內相關學者和技術專家的認可，而且在其發展中使得許多方面都有了長足進步。巨磁電阻材料本身以及其在電子元器件上的應用將會隨著時代的發展進步的更加迅速，而其所作的貢獻也會越來越大。

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