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TMR/超導(dǎo)復(fù)合式磁傳感器

1995 年，由美國麻省理工學(xué)院和日本東北大學(xué)的兩個研究小組獨(dú)立發(fā)現(xiàn)，將兩個磁性電極層之間用極薄的絕緣層分開會產(chǎn)生很大的磁電阻效應(yīng)(室溫下達(dá)到11%)。這種由磁性層/絕緣層/磁性層構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，稱為磁性隧道結(jié)(MTJ)。在MTJ 中，中間的絕緣層很薄(幾個納米)，使得可以有大量電子隧穿通過。通過隧道結(jié)的電流依賴于兩個磁性層的磁化強(qiáng)度矢量的相對取向。這種隧穿電流隨外磁場變化的效應(yīng)被稱為隧道磁電阻(TMR)效應(yīng)。隧道磁電阻效應(yīng)可以由Julliere 雙電流模型解釋。假定電子在隧穿過程中自旋不發(fā)生翻轉(zhuǎn)，并且隧穿電流正比于費(fèi)米面附近電子的態(tài)密度。當(dāng)MTJ兩側(cè)鐵磁層處于平行排列時，左側(cè)的少子電子向右側(cè)的少子空態(tài)隧穿，左側(cè)的多子電子向右側(cè)的多子空態(tài)隧穿，MTJ 處于低阻態(tài)；當(dāng)MTJ兩側(cè)鐵磁層處于反平行排列時，左側(cè)的少子電子向右側(cè)的多子空態(tài)隧穿，而左側(cè)的多子電子向右側(cè)的少子空態(tài)隧穿，MTJ 呈現(xiàn)高阻態(tài)。

由于貼合TMR器件與超導(dǎo)磁放大器的低溫膠過厚導(dǎo)致TMR—超導(dǎo)磁放大器間距過大(50 μm)，使得TMR/超導(dǎo)復(fù)合式磁傳感器的靈敏度、探測精度較GMR/超導(dǎo)復(fù)合式磁傳感器、SQUID 等器件仍有明顯差距。理論計(jì)算表明，減小TMR—超導(dǎo)磁放大器間距將使得磁場放大倍數(shù)呈指數(shù)形式上升；若能將TMR—超導(dǎo)磁放大器間距降低至0.5 μm以內(nèi)，磁場放大倍數(shù)可接近1000 倍。今后可通過熱壓印等技術(shù)減小TMR—超導(dǎo)磁放大器間距，從而提高器件的靈敏度。

一種新型的高靈敏度磁探測器

磁電阻/超導(dǎo)復(fù)合式磁傳感器作為一種新型的高靈敏度磁探測器， 其探測精度目前已接近SQUID器件并已達(dá)到fT 量級。同時這類傳感器又具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、工藝成熟、便于大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)勢，使其在未來發(fā)展?jié)摿薮?。就該?fù)合式磁傳感器而言，進(jìn)一步提升器件的探測精度是其未來研究發(fā)展的主要方向。

一方面，繼續(xù)減小超導(dǎo)磁場放大器的狹窄區(qū)域?qū)挾戎? μm以下，同時增大磁場放大器的有效面積都可以將磁場放大倍數(shù)繼續(xù)提升至幾千甚至上萬倍，但是同時會對傳感器的工作區(qū)間以及小型化造成影響。另一方面，使用靈敏度更高的磁電阻傳感器件(TMR、巨磁阻抗器件(GMI)等[35])，將有望使得該復(fù)合式傳感器的磁場探測精度達(dá)到1fT，甚至0.1 fT 的量級。

圖像傳感器

圖像傳感器是應(yīng)用光電器件的光電轉(zhuǎn)換功用。將感光面上的光像轉(zhuǎn)換為與光像成相應(yīng)比例關(guān)系的電信號。與光敏二極管，光敏三極管等“點(diǎn)”光源的光敏元件相比，圖像傳感器是將其受光面上的光像，分紅許多小單元，將其轉(zhuǎn)換成可用的電信號的一種功用器件。

圖像傳感器分為光導(dǎo)攝像管和固態(tài)圖像傳感器。與光導(dǎo)攝像管相比，固態(tài)圖像傳感用具有體積小、重量輕、集成度高、分辨率高、功耗低、壽命長、價錢低等特性。因此在各個行業(yè)得到了普遍應(yīng)用。