一種調(diào)控磁電阻比值的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種調(diào)控磁電阻比值的方法，屬于磁傳感器以及磁電控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 通常來說，磁電阻指的是電阻率隨外磁場的變化而變化的現(xiàn)象。磁電阻的大小通 常用MR = (RH-RQ) /R〇來衡量，其中RH為外磁場Η下的電阻，R〇為沒有外磁場下的電阻。磁電阻 效應(yīng)在磁存儲，磁傳感器領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用前景。磁電阻越大，則制成的磁傳感器越靈敏， 信噪比也越高。由于受洛倫茲力的影響，所有的材料都有磁電阻效應(yīng)，但是一般磁電阻很 小，沒有實際應(yīng)用的價值。目前為止，各向異性磁電阻、巨磁電阻、隧穿磁電阻、龐磁電阻以 及奇異磁電阻等具有較大磁電阻比值，并成功應(yīng)用到磁傳感器或磁讀頭領(lǐng)域。
[0003] 2015年山東大學(xué)自旋電子學(xué)課題組在Al/Ge肖特基結(jié)中成功發(fā)現(xiàn)了整流磁電阻效 應(yīng)，并申請了專利。不同于之前提到的各類磁電阻效應(yīng)，整流磁電阻指的是輸入一個純的正 弦交流電流，測量整流后的直流電壓，該整流電壓隨著磁場顯著變化的現(xiàn)象。該整流磁電阻 被定義為:MR= (Vh-Vq)/Vq，其中Vh為外磁場Η下的整流電壓，V〇為沒有外磁場下的整流電壓。 Al/Ge肖特基結(jié)室溫下的整流磁電阻效應(yīng)高達200%，而其直流磁電阻僅有80%。整流磁電 阻效應(yīng)正是整流效應(yīng)和磁電阻效應(yīng)協(xié)同作用的結(jié)果。
[0004] 目前為止，不管采用何種磁電阻機制，磁電阻的大小是無法調(diào)控的。一旦樣品被制 備出來，磁電阻的比值就已經(jīng)固定，這極大的限制了磁電阻的應(yīng)用場景。鑒于以上情況，我 們在整流磁電阻的基礎(chǔ)上，通過調(diào)控直流電流和交流電流的成分比實現(xiàn)了調(diào)控磁電阻大小 的目標(biāo)。該調(diào)控方法可以應(yīng)用到所有具有整流磁電阻效應(yīng)的器件中，在磁傳感器以及磁電 調(diào)控領(lǐng)域有極大的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種調(diào)控磁電阻比值的方法。本發(fā)明利用交流 電流和直流電流共同作用來增大磁電阻比值，并提高磁傳感器的信噪比和測量精度。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0007] 一種調(diào)控磁電阻比值的方法，包括：
[0008] 1)在具有整流磁電阻器件的兩端施加一個固定幅值的交流電流，由于所述器件具 有整流磁電阻，故所述器件產(chǎn)生一個隨外磁場變化的整流電壓；
[0009] 2)同時，在所述交流電流的基礎(chǔ)上耦合上一個直流電流Ii，此時輸出的交流電流 十目號存在Ιι的平移:i = I〇Sin(wt)+Ii;
[0010] 3)檢測所述器件隨外磁場變化所產(chǎn)生的整流電壓VH: 1? := Hi * 其中Η代表外磁場的強度，T代表所述交流電流的周期；
[0011] 4)調(diào)節(jié)施加在所述器件上電流的直流分量h的大小，從而調(diào)節(jié)整流電壓VH的大小， 最終調(diào)節(jié)磁電阻比值MR=(V H-VQ)/V〇。本發(fā)明是利用所述器件既具有整流磁電阻，又具有直 流磁電阻，進而實現(xiàn)調(diào)節(jié)整流電壓VH的大小，最終達到調(diào)節(jié)磁電阻比值的技術(shù)效果。
[0012] 本發(fā)明的原理是：
[0013] 在整流磁電阻的基礎(chǔ)上，通過調(diào)節(jié)不同直流電流和交流電流的比例，由于直流磁 電阻和交流磁電阻兩者非線性耦合，通過直流磁電阻和交流磁電阻之間的競爭作用，從而 調(diào)節(jié)整流電壓隨磁場的變化曲線，達到調(diào)控磁電阻比值的目的。
[0014] 基于此方法，在室溫條件下，我們在硅基整流磁電阻器件中實現(xiàn)了高達2000 %的 磁電阻比值，與此同時其整流磁電阻僅為49.3%，直流磁電阻為66.1%。
[0015] 理論上說，只要具有整流磁電阻，即可使用這種方法調(diào)控。整流磁電阻效應(yīng)原則上 可以在同時具有整流效應(yīng)和磁電阻效應(yīng)的PN結(jié)、肖特基結(jié)和非對稱勢皇的磁隧道結(jié)中實 現(xiàn)。
[0016] 本發(fā)明的優(yōu)勢在于：
[0017] 1、本發(fā)明所述調(diào)控磁電阻比值的方法能夠提高磁電阻比值，提高傳感器的測量精 度和信噪比。在硅基肖特基器件中，本發(fā)明在室溫實現(xiàn)了高達2000%的磁電阻比值。
[0018] 2、本發(fā)明所述調(diào)控磁電阻比值的方法具有通用性。能夠應(yīng)用到所有具有整流磁電 阻效應(yīng)的器件中。例如在基于硅和鍺的肖特基結(jié)，PN結(jié)以及在非對稱勢皇的磁隧道結(jié)中。
[0019] 3、本發(fā)明所述調(diào)控磁電阻比值的方法不需要高的工作電壓(〈IV)，具有低功耗的 優(yōu)勢。器件不會長時間處于高電壓狀態(tài)，使用壽命更長。
[0020] 4、本發(fā)明所述調(diào)控磁電阻比值的方法，交流和直流電混合在高頻信號傳輸，金屬 電解以及微分電導(dǎo)測量等方面有重要的應(yīng)用價值，因而直流和交流的混合是一種非常成熟 的技術(shù)，只需要用電容和電阻等基礎(chǔ)元件，電路連接簡單。
[0021] 5、本發(fā)明所述調(diào)控磁電阻比值的方法，是基于肖特基結(jié)、PN結(jié)等，與當(dāng)今的半導(dǎo)體 工藝相兼容，有助于大規(guī)模生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0022] 圖1為硅基整流磁電阻器件的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，所述電流方向垂直于該硅襯底， 所述外部磁場方向同所述電流方向垂直；
[0023]圖2為300K的環(huán)境溫度下，在硅基肖特基結(jié)中，固定交流電流的幅值為50μΑ，ΒΡ?ο =50μΑ;調(diào)節(jié)不同電流直流分量Ii (-1 ΟμΑ~1 ΟμΑ)，測得整流電壓隨磁場的變化曲線；
[0024] 圖3為300Κ的環(huán)境溫度下，磁電阻比值隨著電流直流分量1!的變化圖。最高實現(xiàn)了 高達2000 %的磁電阻比值。
【具體實施方式】：
[0025] 下面結(jié)合實施例和說明書附圖對本發(fā)明做詳細(xì)的說明，但不僅限于此。
[0026] 如圖1-3所示。
[0027] 實施例1、
[0028] 一種調(diào)控磁電阻比值的方法，包括：
[0029] 1)在具有整流磁電阻器件的兩端施加一個固定幅值的交流電流i = Iosin(wt);由 于所述器件具有整流磁電阻，故所述器件產(chǎn)生一個隨外磁場變化的整流電壓；
[0030] 2)同時，在所述交流電流的基礎(chǔ)上耦合上一個直流電流Ii，此時輸出的交流電流 信號存在Ιι的平移:i = Iosin(wt)+Ii;
[0031] 3)檢測所