Магниторезистор (магниторезистивный датчик, датчик магнетосопротивления, англ. Magnetoresistor fили ield plate; нем. Feldplatte или der Felddiscus, польск. «гауссотрон») — широкий класс элементов, основанных на эффекте магнетосопротивления (эффекте Гаусса), то есть свойстве токонесущих магниточувствительных материалов изменять свое сопротивление в присутствии внешнего магнитного поля. Применяются в электронике, автоматике. Магниторезисторы производятся из различных материалов, в основном из полупроводниковых.
Магниторезистор характеризуется зависимостью удельного сопротивления полупроводника от воздействующего на него магнитного поля. Им присущи такие параметры, как чувствительность, номинальное сопротивление, рабочий ток, термостабильность и быстродействие, диапазон рабочих температур.
Магниторезистор представляет собой подложку с размещенным на ней магниточувствительным элементом.
Выделяют следующие типы магниторезисторов
:
- полупроводниковые магниторезисторы (используется эффект Гаусса)
- анизотропные магниторезисторы (на основе пермаллоя)
- гигантские магниторезисторы
По типу материалов различают монолитные и пленочные магниторезисторы.
Действие «монолитных» магниторезисторов основано на эффекте Гаусса, который характеризуется возрастанием сопротивления проводника (или полупроводника) при помещении его в магнитное поле. Магниторезистор представляет собой подложку с размещенным на ней магниточувствительным элементом (МЧЭ). Подложка обеспечивает механическую прочность прибора. Элемент приклеен к подложке и защищен снаружи слоем лака. МЧЭ может размещаться в оригинальном или стандартном корпусе и снабжаться ферритовым концентратором магнитного поля, или «смещающим» постоянным микромагнитом.
«Монолитные» магниточувствительные элементы изготавливаются из полупроводниковых материалов, обладающих высокой подвижностью носителей заряда. Это антимонид индия (InSb) и его соединения, арсенид индия (InAs) и другие. Распространение получил эвтектический сплав InSb-NiSb, легированный теллуром. В РФ этот сплав известен под званием СКИН.
В советское время монолитные магниторезисторы разрабатывали НИИ ГИРИКОНД (г. Ленинград), ОКБ ПО «Гиперон» (г. Москва), ВНИИ Чермет (г. Москва) и другие. Но только ПМЗР ПО «Гиперон» создало их серийное производство.
Пленочные магниторезисторы появились позже монолитных. Их магниточувствительный элемент изготовлен из ферромагнитных пленок, использующих анизотропный магниторезистивный эффект. Максимальное значение магнитосопротивления тонкопленочных магниторезисторов соответствует нулевому внешнему магнитному полю, то есть при воздействии магнитного поля сопротивление такого элемента уменьшается.
Для создания магниточувствтиельного элемента применяются специальные тонкопленочные технологии. Они изготавливаются из тонких пленок пермаллоя (сплава NiFe) в виде резистивных полос, которые могут размещаться в отдельном интегральном корпусе или на кремниевой подложке. Сопротивление пермаллоевой полосы зависит от угла ϕ между вектором намагниченности M доменов под влиянием внешнего магнитного поля с индукцией B (или напряженностью H) и направлением тока I в полосе:
\(R = R_0 + \Delta R > cos2ϕ. \)
где R0 — сопротивление пленки в отсутствие поля, ∆R — изменение сопротивления при воздействии поля.
В России и за рубежом выпускается широкая номенклатура магниторезисторов, отличающихся типом конструкциеий и технологией изготовления магниточувствительного элемента и магнитной цепи.
- Бараночников М.Л. Микромагнитоэлектроника. Т.1, 2. Принципы функционирования основных изделий микромагнитоэлектроники. Под общей редакцией доктора физико-математических наук, профессора В.Н.Мордковича. (Москва: ДМК Пресс, 2001. - Серия «Учебник»). Электронная версия.
- Сысоева С. Автомобильные датчики положения. Современные технологии и новые перспективы. Части 3 //Компоненты и технологии. – 2005. – №. 4.
- Кобус А., Тушинский Я. Датчики Холла и магниторезисторы. – Рипол Классик, 1971.