[go: up one dir, main page]

RU189844U1 - The design of the magnetic field transducer based on nanostructures with a giant magnetoresistive effect - Google Patents

The design of the magnetic field transducer based on nanostructures with a giant magnetoresistive effect Download PDF

Info

Publication number
RU189844U1
RU189844U1 RU2018139669U RU2018139669U RU189844U1 RU 189844 U1 RU189844 U1 RU 189844U1 RU 2018139669 U RU2018139669 U RU 2018139669U RU 2018139669 U RU2018139669 U RU 2018139669U RU 189844 U1 RU189844 U1 RU 189844U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
magnetic field
crystal
nanostructures
hubs
magnetoresistive effect
Prior art date
Application number
RU2018139669U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Викторович Амеличев
Пётр Алексеевич Беляков
Дмитрий Вячеславович Васильев
Дмитрий Андреевич Жуков
Юрий Владимирович Казаков
Дмитрий Валентинович Костюк
Евгений Павлович Орлов
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральное государственное казенное учреждение "Войсковая часть 68240"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральное государственное казенное учреждение "Войсковая часть 68240" filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральное государственное казенное учреждение "Войсковая часть 68240"
Priority to RU2018139669U priority Critical patent/RU189844U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU189844U1 publication Critical patent/RU189844U1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00Galvanomagnetic devices

Landscapes

  • Hall/Mr Elements (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к микроэлектронике и может быть использована в конструкциях датчиков магнитного поля и магнитополупроводниковых микросистем.Конструкция преобразователя магнитного поля на основе наноструктур, обладающих гигантским магниторезистивным эффектом, содержит кристалл 1 и четыре магниторезистора, выполненных на поверхности кристалла, соединенных слоем алюминия в мостовую схему Уинстона с расположением активных плеч 2 между двумя концентраторами магнитного поля 3 из магнитомягкого материала и опорных плеч 4, расположенных под экранами 5. Концентраторы магнитного поля 3 размещены в заглублениях 6, выполненных в кристалле 1. Вдоль концентраторов магнитного поля 3 размещены экраны 5, выполненные из магнитомягкого материала. На обратной стороне кристалла 1 дополнительно установлен магнит 7 с расположением полюсов магнита под концентраторами магнитного поля 3. Магниторезисторы выполнены из многослойных тонкопленочных наноструктур с гигантским магниторезистивным эффектом.Технический результат, получаемый при реализации заявляемой полезной модели, выражается в обеспечении возможности определения направления вектора магнитного поля за счет формирования нечетной выходной характеристики преобразователя магнитного поля с сохранением чувствительности преобразователя магнитного поля без увеличения энергопотребления. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.The invention relates to microelectronics and can be used in the construction of magnetic field sensors and magnetic semiconductor microsystems. The design of a magnetic field transducer based on nanostructures with a giant magnetoresistive effect contains a crystal 1 and four magnetoresistors made on the surface of the crystal connected by an aluminum layer to the Winston bridge with the location of the active arms 2 between two magnetic field 3 hubs of magnetic material and support arms 4, The hubs of the magnetic field 3 are located in the cavities 6, made in the crystal 1. Along the hubs of the magnetic field 3 are placed the screens 5, made of a magnetic material. On the reverse side of the crystal 1, an additional magnet 7 is installed with the location of the magnet poles under the magnetic field 3 hubs. The magnetoresistors are made of multilayer thin-film nanostructures with a giant magnetoresistive effect. The technical result obtained by implementing the inventive utility model is expressed in the account of the formation of an odd output characteristic of the magnetic field transducer while maintaining the sensitivity of the pre photoelectret magnetic field without increasing the power consumption. 1 hp f-ly, 3 ill.

Description

Полезная модель относится к микроэлектронике и может быть использована в конструкциях датчиков магнитного поля и магнитополупроводниковых микросистем.The invention relates to microelectronics and can be used in the construction of magnetic field sensors and magnetic semiconductor microsystems.

Известны изобретения по патентам Российской Федерации №2216822 (МПК H01L 43/08, опубл. 20.11.2003), №2483393 (МПК H01L 43/08, В82В 1/00, опубл. 27.05.2013), в которых описаны магниторезистивные датчики с линейной нечетной вольт-эрстедной характеристикой (ВЭХ) магниторезистивного преобразователя магнитного поля, содержащие мостовые схемы и магнитные системы. В описанных датчиках магниторезистивные элементы выполнены из полосок металлических пленок с анизотропным магниторезистивным эффектом.Known inventions according to patents of the Russian Federation No. 2216822 (IPC H01L 43/08, publ. November 20, 2003), No. 2483393 (IPC H01L 43/08, BB 1/00, publ. 05.27.2013), which describe magnetoresistive sensors with linear an odd volt-oersted characteristic (VET) of a magnetoresistive magnetic field transducer, containing bridge circuits and magnetic systems. In the sensors described, the magnetoresistive elements are made of strips of metal films with an anisotropic magnetoresistive effect.

Известен магниторезистивный преобразователь магнитного поля по патенту Российской Федерации на полезную модель №150181 (МПК Н01L 43/00, опубл. 10.02.2015), содержащий магниточувствительный элемент, выполненный на поверхности кристалла из магниторезисторов, соединенных по мостовой схеме с расположением активных плеч между двумя концентраторами магнитного поля из магнитомягкого материала, которые размещены в заглублениях, выполненных в кристалле, магниторезисторы выполнены из многослойных структур с гигантским магниторезистивным эффектом. Данное техническое решение может быть использовано в качестве прототипа. Недостатком таких преобразователей магнитного поля является четная передаточная характеристика, которая не позволяет определить направление напряженности магнитного поля.Known magnetoresistive magnetic field transducer according to the patent of the Russian Federation for useful model No. 150181 (IPC Н01L 43/00, publ. 10.02.2015), containing a magnetically sensitive element made on the surface of a crystal from magnetoresistors connected in a bridge arrangement with the arrangement of active arms between two hubs The magnetic field of magnetic material, which are placed in the depths made in the crystal, the magnetoresistors are made of multilayer structures with a giant magnetoresistive effect. This technical solution can be used as a prototype. The disadvantage of such magnetic field converters is an even transfer characteristic, which does not allow to determine the direction of the magnetic field strength.

Техническая проблема, на решение которой направлена полезная модель, состоит в создании преобразователя магнитного поля, обеспечивающего возможность определения направления напряженности магнитного поля.The technical problem addressed by the utility model is to create a magnetic field transducer that provides the ability to determine the direction of the magnetic field strength.

Технический результат, получаемый при реализации заявляемой полезной модели, выражается в обеспечении возможности определения направления вектора магнитного поля за счет формирования нечетной выходной характеристики преобразователя магнитного поля с сохранением его чувствительности без увеличения энергопотребления.The technical result obtained when implementing the claimed utility model is expressed in providing the possibility of determining the direction of the magnetic field vector by forming an odd output characteristic of the magnetic field transducer while maintaining its sensitivity without increasing power consumption.

Для достижения вышеуказанного технического результата в магниторезистивном преобразователе магнитного поля, содержащем четыре магниторезистора, выполненных на поверхности кристалла, соединенных слоем алюминия в мостовую схему Уинстона с расположением активных плеч между двумя концентраторами магнитного поля из магнитомягкого материала, которые размещены в заглублениях, выполненных в кристалле, где магниторезисторы выполнены из многослойных тонкопленочных наноструктур с гигантским магниторезистивным эффектом, дополнительно вдоль концентраторов магнитного поля размещены экраны, выполненные из магнитомягкого материала, причем опорные (неактивные) плечи магниторезистивного преобразователя магнитного поля расположены под экранами, а также на обратной стороне кристалла дополнительно установлен магнит, таким образом, что полюса магнита расположены под концентраторами магнитного поля.To achieve the above technical result in a magnetoresistive magnetic field transducer containing four magnetoresistors made on the surface of a crystal connected by a layer of aluminum to Winston's bridge circuit with the arrangement of active arms between two magnetic field concentrators made of magnetic material, which are placed in the cavities made in the crystal, where The magnetic resistors are made of multilayer thin-film nanostructures with a giant magnetoresistive effect, additionally Magnetic field hubs contain screens made of magnetic material, and the supporting (inactive) arms of the magnetoresistive magnetic field transducer are located under the screens, and a magnet is additionally installed on the back of the crystal so that the magnet poles are located under the magnetic field concentrators.

Установка магнита на обратной стороне кристалла позволяет сместить рабочую точку ВЭХ так, что получится нечетная выходная характеристика преобразователя магнитного поля. В преобразователе магнитного поля два активных плеча размещены в зазоре между двумя концентраторами магнитного поля, которые увеличивают величину магнитного поля, а два других плеча находятся под экранами и являются опорными. Экраны магнитного поля, выполненные из магнитомягкого материала, размещенные вдоль концентраторов магнитного поля над опорными плечами обеспечивают экранирование и сохранение чувствительности преобразователя магнитного поля без увеличения энергопотребления.Installing a magnet on the back of the crystal allows you to shift the working point of the VHE so that you get an odd output characteristic of the magnetic field transducer. In the magnetic field transducer, two active arms are placed in the gap between two magnetic field concentrators, which increase the magnetic field, and the other two arms are located under the screens and are reference. The magnetic field screens, made of magnetic material, placed along the magnetic field hubs above the support arms provide shielding and preservation of the sensitivity of the magnetic field transducer without increasing power consumption.

Полезная модель поясняется следующими чертежами.The invention is illustrated by the following drawings.

Фиг. 1 - схематичное изображение расположения магниторезисторов;FIG. 1 - a schematic representation of the location of the magnetic resistors;

Фиг. 2 - схематичное изображение преобразователя;FIG. 2 shows a schematic representation of a converter;

Фиг. 3 - схематичное изображение преобразователя разрез А-А.FIG. 3 is a schematic representation of the transducer section A-A.

Конструкция преобразователя магнитного поля на основе наноструктур, обладающих гигантским магниторезистивным эффектом, содержит кристалл 1 и четыре магниторезистора, выполненных на поверхности кристалла, соединенных слоем алюминия в мостовую схему Уинстона с расположением активных плеч 2 между двумя концентраторами магнитного поля 3 из магнитомягкого материала и опорных плеч 4, расположенных под экранами 5 (фиг. 1-3). Концентраторы магнитного поля 3 размещены в заглублениях 6, выполненных в кристалле 1. Вдоль концентраторов магнитного поля 3 размещены экраны 5, выполненные из магнитомягкого материала. На обратной стороне кристалла 1 дополнительно установлен магнит 7 с расположением полюсов магнита под концентраторами магнитного поля 3. Магниторезисторы выполнены из многослойных тонкопленочных наноструктур с гигантским магниторезистивным эффектом. Гигантский магниторезистивный эффект наблюдается в многослойных структурах, содержащих нанослои из ферромагнитных материалов (на основе сплавов Fe, Ni, Со), чередующихся с нанослоями из проводящих металлов Cu, Ag, Au или сплавов на их основе.The design of the magnetic field transducer based on nanostructures with a giant magnetoresistive effect contains a crystal 1 and four magnetoresistors made on the surface of the crystal connected by a layer of aluminum to Winston's bridge circuit with the arrangement of active arms 2 between two magnetic field concentrators 3 of magnetic material and supporting shoulders 4 located under the screens 5 (Fig. 1-3). The magnetic field hubs 3 are placed in the recesses 6, made in the crystal 1. Along the magnetic field hubs 3 are placed screens 5, made of a magnetic material. On the reverse side of the crystal 1, an additional magnet 7 is installed with the location of the magnet poles under the magnetic field 3 hubs. The magnetoresistors are made of multilayer thin-film nanostructures with a giant magnetoresistive effect. The giant magnetoresistive effect is observed in multilayer structures containing nanolayers of ferromagnetic materials (based on Fe, Ni, and Co alloys) alternating with nanolayers of conductive metals Cu, Ag, Au, or alloys based on them.

Активное и опорное плечи конструкции преобразователя магнитного поля на основе наноструктур, обладающих гигантским магниторезистивным эффектом, содержат четыре магниторезистивных элемента, соединенных слоем алюминия в мостовую схему Уинстона.The active and supporting arms of the magnetic field converter design based on nanostructures with a giant magnetoresistive effect contain four magnetoresistive elements connected by a layer of aluminum to Winston's bridge circuit.

Концентраторы магнитного поля изготавливаются из холоднокатаной пермаллоевой ленты или электрохимическим осаждением из раствора. Заглубления 6 в кристалле 1 формируются методом плазмохимического травления с высоким аспектным соотношением (Bosch-процесс). Сформированные заглубления 6 позволяют разместить концентраторы магнитного поля 3 максимально близко к чувствительной части магниточувствительного элемента.Magnetic field concentrators are made of cold rolled permalloy tape or by electrochemical deposition from a solution. The depths of 6 in the crystal 1 are formed by the method of plasma-chemical etching with a high aspect ratio (Bosch process). The formed indentations 6 allow to place the concentrators of the magnetic field 3 as close as possible to the sensitive part of the magnetically sensitive element.

Применяемые в преобразователях магнитного поля многослойные тонкопленочные наноструктуры с гигантским магниторезистивным эффектом обеспечивают четную выходную характеристику, что означает то же самое изменение в сопротивлении для любого направления магнитного поля. При этом, при воздействии магнитного поля на все плечи выходной сигнал будет равняться нулю, поэтому в заявленном преобразователе магнитного поля используется два активных и два опорных плеча. Активные плечи размещены в зазоре между двумя концентраторами магнитного поля, которые увеличивают напряженность внешнего магнитного поля, а два других, опорных плеча, располагаются под специализированными экранами из пермаллоя и являются экранированными от магнитного поля. Для смещения рабочей точки ВЭХ, на обратной стороне кристалла размещается магнит с расположением полюсов магнита под концентраторами магнитного поля. Таким образом, происходит формирование нечетной выходной характеристики.Multilayer thin film nanostructures used in magnetic field converters with a giant magnetoresistive effect provide an even output characteristic, which means the same change in resistance for any direction of the magnetic field. At the same time, when the magnetic field is applied to all shoulders, the output signal will be zero, therefore, in the claimed magnetic field converter, two active and two support arms are used. Active shoulders are placed in the gap between two magnetic field concentrators, which increase the intensity of the external magnetic field, while the other two supporting arms are located under specialized permalloy screens and are shielded from the magnetic field. To offset the working point of the VHH, a magnet with the location of the magnetic poles under the magnetic field concentrators is placed on the back of the crystal. Thus, an odd output characteristic is generated.

Claims (2)

1. Конструкция преобразователя магнитного поля на основе наноструктур, обладающих гигантским магниторезистивным эффектом, содержит четыре магниторезистора, выполненных на поверхности кристалла, соединенных слоем алюминия в мостовую схему Уинстона с расположением активных плеч между двумя концентраторами магнитного поля из магнитомягкого материала, которые размещены в заглублениях, выполненных в кристалле, магниторезисторы выполнены из наноструктур с гигантским магниторезистивным эффектом, отличающаяся тем, что снабжена экранами, выполненными из магнитомягкого материала и размещенными вдоль концентраторов магнитного поля, под которыми расположены опорные плечи мостовой схемы, а также содержит магнит, установленный на обратной стороне кристалла с расположением полюсов магнита под концентраторами магнитного поля.1. The design of a magnetic field transducer based on nanostructures with a giant magnetoresistive effect, contains four magnetoresistors made on the crystal surface connected by an aluminum layer in Winston's bridge circuit with the arrangement of active arms between two magnetic field concentrators made of magnetically soft material, which are located in the depths made in a crystal, the magnetoresistors are made of nanostructures with a giant magnetoresistive effect, characterized in that it is equipped with screens, made of magnetic material and placed along the magnetic field hubs, under which are the supporting arms of the bridge circuit, and also contains a magnet mounted on the reverse side of the crystal with the location of the magnet poles under the magnetic field hubs. 2. Конструкция по п. 1, характеризующаяся тем, что наноструктуры содержат нанослои из ферромагнитных материалов (на основе сплавов Fe, Ni, Со), чередующихся с нанослоями из проводящих материалов Cu, Ag, Au или сплавов на их основе.2. The design according to claim 1, characterized in that the nanostructures contain nanolayers of ferromagnetic materials (based on alloys of Fe, Ni, Co), alternating with nanolayers of conductive materials Cu, Ag, Au or alloys based on them.
RU2018139669U 2018-11-08 2018-11-08 The design of the magnetic field transducer based on nanostructures with a giant magnetoresistive effect RU189844U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018139669U RU189844U1 (en) 2018-11-08 2018-11-08 The design of the magnetic field transducer based on nanostructures with a giant magnetoresistive effect

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018139669U RU189844U1 (en) 2018-11-08 2018-11-08 The design of the magnetic field transducer based on nanostructures with a giant magnetoresistive effect

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU189844U1 true RU189844U1 (en) 2019-06-06

Family

ID=66792628

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018139669U RU189844U1 (en) 2018-11-08 2018-11-08 The design of the magnetic field transducer based on nanostructures with a giant magnetoresistive effect

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU189844U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU195680U1 (en) * 2019-11-05 2020-02-04 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Three axis magnetic field transducer

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7639005B2 (en) * 2007-06-15 2009-12-29 Advanced Microsensors, Inc. Giant magnetoresistive resistor and sensor apparatus and method
RU150181U1 (en) * 2014-08-12 2015-02-10 федеральное государственное бюджетное учреждение "Научно-производственный комплекс "Технологический центр" МИЭТ MAGNETIC CONVERTER
RU2568148C1 (en) * 2014-08-12 2015-11-10 федеральное государственное бюджетное учреждение "Научно-производственный комплекс "Технологический центр" МИЭТ Magnetoresistive converter
US20160072057A1 (en) * 2010-12-23 2016-03-10 Stmicroelectronics S.R.L. Integrated magnetoresistive sensor, in particular three-axis magnetoresistive sensor and manufacturing method thereof
RU2636141C1 (en) * 2016-07-14 2017-11-20 Роберт Дмитриевич Тихонов Film system for forming magnetic field

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7639005B2 (en) * 2007-06-15 2009-12-29 Advanced Microsensors, Inc. Giant magnetoresistive resistor and sensor apparatus and method
US20160072057A1 (en) * 2010-12-23 2016-03-10 Stmicroelectronics S.R.L. Integrated magnetoresistive sensor, in particular three-axis magnetoresistive sensor and manufacturing method thereof
RU150181U1 (en) * 2014-08-12 2015-02-10 федеральное государственное бюджетное учреждение "Научно-производственный комплекс "Технологический центр" МИЭТ MAGNETIC CONVERTER
RU2568148C1 (en) * 2014-08-12 2015-11-10 федеральное государственное бюджетное учреждение "Научно-производственный комплекс "Технологический центр" МИЭТ Magnetoresistive converter
RU2636141C1 (en) * 2016-07-14 2017-11-20 Роберт Дмитриевич Тихонов Film system for forming magnetic field

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU195680U1 (en) * 2019-11-05 2020-02-04 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Three axis magnetic field transducer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5518661B2 (en) Semiconductor integrated circuit, magnetic detector, electronic compass
JP6220971B2 (en) Multi-component magnetic field sensor
US11125835B2 (en) AMR-type integrated magnetoresistive sensor for detecting magnetic fields perpendicular to the chip
US8076930B2 (en) Thin film 3 axis fluxgate and the implementation method thereof
CN110662939A (en) Coil Actuated Sensor with Sensitivity Detection
JP5882444B2 (en) Magnetic field measuring apparatus and magnetic field measuring method
JP7099731B2 (en) Low noise reluctance sensor with multi-layer magnetic modulation structure
RU189844U1 (en) The design of the magnetic field transducer based on nanostructures with a giant magnetoresistive effect
JP6958538B2 (en) Magnetic field detector and magnetic field detection method
US20060055614A1 (en) Apparatus for detection of the gradient of a magnetic field, and a method for production of the apparatus
Dezuari et al. New hybrid technology for planar fluxgate sensor fabrication
RU2436200C1 (en) Magnetoresistive sensor
JP2002532894A (en) Magnetic field sensor with giant magnetoresistance effect
CN113008419A (en) Magneto-resistance type integrated stress sensor and preparation method and application thereof
Dimitropoulos et al. A micro-fluxgate sensor based on the Matteucci effect of amorphous magnetic fibers
JP2003215222A (en) Magneto-resistance effect element sensor
JPS59168381A (en) Magnetic sensor
RU2568148C1 (en) Magnetoresistive converter
RU150181U1 (en) MAGNETIC CONVERTER
RU2338207C1 (en) Velocity converter with electric jamming compensation
CN113884956B (en) Antimony-indium compound semiconductor magneto-resistive continuous current sensor and method for manufacturing same
RU2453949C1 (en) Magnetoresistive gradiometer transducer
RU2279737C1 (en) Variable-resistance transducer
JPS6040196B2 (en) Magnetoelectric conversion device
JP2011007685A (en) Magnetic sensor