巨磁阻傳感器

　　物質(zhì)的電阻率在磁場中會產(chǎn)生輕微變化。這種現(xiàn)象叫磁阻效應(yīng)（AMR）。某些條件下物質(zhì)電阻率會隨磁場產(chǎn)生較大變化稱作巨磁阻效應(yīng)（GMR）。GMR可以比AMR大一個數(shù)量級的靈敏度。巨磁阻效應(yīng)是一種量子力學(xué)和凝聚態(tài)物理學(xué)現(xiàn)象，是指磁性材料的電阻率在有外磁場作用時較之無外磁場作用時存在巨大變化的現(xiàn)象。

　　巨磁阻又稱特大磁電阻，即GMR（Giant Magneto Resistance），GMR磁頭是由4層導(dǎo)電材料和磁性材料薄膜構(gòu)成的：一個傳感層、一個非導(dǎo)電中介層、一個磁性的栓層和一個交換層。

　　根據(jù)導(dǎo)電的微觀機(jī)理，電子在導(dǎo)電時并不是沿電場直線前進(jìn)，而是不斷和晶格中的原子產(chǎn)生碰撞（又稱散射），每次散射后電子都會改變運(yùn)動方向，總的運(yùn)動是電場對電子的定向加速與這種無規(guī)散射運(yùn)動的疊加。稱電子在兩次散射之間走過的平均路程為平均自由程，電子散射幾率小，則平均自由程長，電阻率低。電阻定律 R=ρl/S中，把電阻率ρ視為常數(shù)，與材料的幾何尺度無關(guān)，這是忽略了邊界效應(yīng)。當(dāng)材料的幾何尺度小到納米量級，只有幾個原子的厚度時（例如，銅原子的直徑約為0.3nm），電子在邊界上的散射幾率大大增加，可以明顯觀察到厚度減小，電阻率增加的現(xiàn)象。

01硬盤巨磁阻效應(yīng)的讀出磁頭

　　極大的提高了磁盤記錄密度，極大提高了硬盤的容量，同時縮小了硬盤的體積。目前硬盤最大容量已經(jīng)達(dá)到4TB。遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于應(yīng)用巨磁阻效應(yīng)前的硬盤。

02角度、位置傳感器

　　用于數(shù)控機(jī)床、汽車測速、非接觸開關(guān)、旋轉(zhuǎn)編碼器等領(lǐng)域 。具有功耗小、可靠性高、體積小、價格便宜和更強(qiáng)的輸出信號等優(yōu)點(diǎn) 。如圖英飛凌采用GMR效應(yīng)生產(chǎn)傳感器。

03基于GMR傳感器陣列的生物檢測

　　GMR傳感器比電子傳感器更靈敏、可重復(fù)性強(qiáng)，具有更寬的工作溫度、工作電壓和抗機(jī)械沖擊、震動的優(yōu)異性能，而且GMR傳感器的工作點(diǎn)也不會隨時間推移而發(fā)生偏移。GMR傳感器的制備成本和檢測成本低，對樣本的需求量很小。由GMR傳感器組成的陣列，還可以結(jié)合現(xiàn)有的IC工藝，提高整體設(shè)備的集成度，進(jìn)行多目標(biāo)的檢測。同時，對比傳統(tǒng)的熒光檢測法，磁性標(biāo)記沒有很強(qiáng)的環(huán)境噪聲，標(biāo)記本身不會逐漸消退，也不需要昂貴的光學(xué)掃描設(shè)備以及專業(yè)的操作人員。

04GMR傳感器芯片在軍事裝備上的應(yīng)用

　　比如：超微磁場探測器 ，地磁場探測傳感器 ，航天器磁場方位傳感器