薄膜磁敏電阻元件KMZ10

1 緒論

KMZ10系列薄膜磁阻元器是一種結構新穎的Ni-Fe合金薄膜磁敏電阻元件，同時也是一種高靈敏度的磁性傳感器；它采用Barber結構的橋式電路，內含偏置磁場結構的Ni-Fe合金薄膜磁阻元件。因而具有靈敏度高、線性范圍寬、工作頻率特性穩定、溫度性能優良、抗干擾能力強、體積小和結構簡單等特點。可廣泛應用于磁性編碼器、磁阻齒輪傳感器、磁阻接近開關、磁阻電流傳感器及無接觸電位器等器件。

2 原理和結構

鐵磁性物質的磁化過程中的電阻值將沿磁化方向隨外加磁場的增強而增大，并達到飽和的這種現象稱為磁阻效應。按照磁阻效應原理制成的KMZ10系列薄膜磁敏電阻元件采用半導體技術-薄膜工藝和微細加工技術，將Ni-Fe合金用真空蒸鍍或濺射工藝沉積到硅片上，再通過微細加工技術制成一定形狀的磁敏電阻元件。

KMZ10系列薄膜磁敏電阻采用Barber結構的橋式電路元件結構示意圖及等效電路如圖1所示。由于磁阻條長度比寬度大得多，且形狀各向異性，從而使得磁化強度沿著磁阻條長度的取向，這使得電流流向與磁阻條長度方向不再平行而成45°的結構。從而極大地提高了弱磁場下的靈敏度，改進了磁阻特性，擴大了線性區，并且可以鑒別作用磁場的極性。

當外加磁場Hy與薄膜平面平行，并與電流流向成θ角時，其電阻R（θ）將隨角度θ的變化而變化，并同時出現各向異性的變化。其輸出表達式為：

V（θ）=1/2(ΔR/R0)Vincosθ (1)

其中：ΔR=R11-RL

R0=1/2(R11+RL)

ΔR/R0為各向異性效應的磁電阻比，它是由材料本身所決定的。由公式（1）可知，薄膜磁阻元件具有倍頻功能的特性，并且還能用來檢測外加磁場的方向。

又因為：R（θ）A+R（θ）B=R(θ)C+R(θ)D=R11+RL （2）

所以無論作用于薄膜磁阻平面的磁場方向如何改變，其橋式電路的總阻值總是保持不變，因而具有達100MHz的較寬頻帶。

由于薄膜磁阻元件的弱磁場下的靈敏度很高，因而易受外界磁場干擾，尤其是強磁場的干擾。這些干擾將使磁阻工作特性改變。因此，為增強磁阻元件工作特性的穩定性，改善線性度和擴大器件的線性測量范圍。KMZ10系列薄膜磁阻元件由于采用了內置的偏置磁場技術，因而可以保證磁阻器件的穩定性，但同時的一定程度上降低了磁阻元件的靈敏度。KMZ10薄膜磁敏電阻元件的靈敏度與輔助偏置磁場（Hy）的關系曲線如圖2所示。

3 特性

KMZ10系列薄膜磁敏電阻元件所具有的主要特性如下：

●的弱磁場下，具有較高的靈敏度；

●方向性強，當外加磁場平行于薄膜平面時，器件的靈敏度大；而當外加磁場垂直于薄膜平面時，器件的靈敏度最小且不敏感；利用這一特性可檢測外加磁場的大小和方向；

●具有飽和特性，磁阻元件的阻值隨外加磁場強度的增大而增加，當外加磁場達到一定的值時，KMZ210薄膜磁敏電阻元件的阻值不再增加而達到飽和。利用該特性可以檢測磁場方位，因而可用于GPS導航等系統；

●內置偏置磁場極大地提高了磁阻元件的抗干擾能力和磁阻特性的穩定性，擴大了磁阻元件線性檢測范圍；

●KMZ210系列磁阻元器具有較高的工作頻率特性和倍頻特性；

●具有較寬的工作溫度范圍和穩定的工作溫度性能。

4 技術參數

KMZ10系列薄膜磁阻元件的技術參數如表1所列。

表1 KMZ10系列磁敏電阻元件技術參數

5 應用

KMZ10系列薄膜磁敏電阻元件可廣泛用于磁性編碼、磁阻電流傳感器和磁阻接近開關等電路。其主要應用領域如下：

●可制成不同規格的磁阻電流傳感器：具體規格有1A、2A、5A、10A、20A等，該磁阻電流傳感器的電流輸入端和信號輸出端絕緣，無任何電的聯系，且具有體積小、結構簡單、響應快、溫度特性好、價格低廉等特點；

●可制成磁阻齒輪傳感器和接近開關。該器件具有優良溫度特性，特別適用于環境條件比較苛刻（如汽車發動機的高溫和低溫）等環境；

●可制成無接觸電位器；

●可制成磁性編碼器；

●可制作磁性墨水文字圖形識別傳感器以完成墨水文字及圖形和識別。

6 結束語

薄膜磁阻元件KMZ10系列是一種結構新穎、設計獨特的磁性傳感器，它與傳統的半導體霍爾元件和InSb磁敏電阻元件相比，具有靈敏度高、溫度特性好等優點，其應用開發潛力巨大，應用領域很廣，相信隨著生產力和科技水平的提高，以磁敏電阻作核心敏感元件的傳感器必將不斷涌現，以滿足各行業自動化程度越來越高的需要。