物質在一定磁場下電阻改變的現象，稱為磁阻效應。磁性金屬和合金材料一般都有這種現象，巨磁阻傳感器就是基于這一原理而應用于生活中。

一巨磁阻效應

　　所謂磁阻效應是指導體或半導體在磁場作用下其電阻值發生變化的現象，巨磁阻效應在1988年由彼得?格林貝格(Peter Grünberg)和艾爾伯?費爾(Albert Fert)分別獨立發現，他們因此共同獲得2007年諾貝爾物理學獎。研究發現在磁性多層膜如Fe/Cr和Co/Cu中，鐵磁性層被納米級厚度的非磁性材料分隔開來。在特定條件下，電阻率減小的幅度相當大，比通常磁性金屬與合金材料的磁電阻值約高10余倍，這一現象稱為“巨磁阻效應”。

　　巨磁阻效應可以用量子力學解釋,每一個電子都能夠自旋,電子的散射率取決于自旋方向和磁性材料的磁化方向。自旋方向和磁性材料磁化方向相同，則電子散射率就低，穿過磁性層的電子就多，從而呈現低阻抗。反之當自旋方向和磁性材料磁化方向相反時，電子散射率高，因而穿過磁性層的電子較少，此時呈現高阻抗。

　　如圖1所示，兩側藍色層代表磁性材料薄膜層，中間橘色層代表非磁性材料薄膜層。綠色箭頭代表磁性材料磁化方向，灰色箭頭代表電子自旋方向，黑色箭頭代表電子散射。左圖表示兩層磁性材料磁化方向相同，當一束自旋方向與磁性材料磁化方向都相同的電子通過時，電子較容易通過兩層磁性材料，因而呈現低阻抗。而右圖表示兩層磁性材料磁化方向相反，當一束自旋方向與第一層磁性材料磁化方向相同的電子通過時，電子較容易通過，但較難通過第二層磁化方向與電子自旋方向相反的磁性材料，因而呈現高阻抗。

圖1 巨磁阻效應示意圖

二巨磁阻傳感器應用

01巨磁阻傳感器應用于硬盤

　　巨磁阻效應的讀出磁頭，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達到4TB，遠遠大于應用巨磁阻效應前的硬盤。

02巨磁電阻隨機存取存儲器(MRAM)

　　這是采用納米制造技術，把沉積在基片上的SV-GMR薄膜或TMR薄膜制成圖形陣列，形成存儲單元，以相對兩磁性層的平行磁化狀態和反平行磁化狀態分別代表信息“1”和“0”;與半導體存儲器一樣，是用電檢測由磁化狀態變化產生的電阻值之差進行信息讀出的一種新型磁存儲器。MRAM潛在的重要優點是非易失性，抗輻射能力強、壽命長。這些是DRAM、SRAM等半導體存儲器所不具備的性能。同時，它又兼有后者具有的大容量、高速存取、低成本、高集成度等特點。因此，MRAM不僅被軍事和宇航業界所看重，而且在迅速普及的數碼照相、移動電話及多媒體信息處理等廣闊的民用市場中得到應用。正因為如此，美、日、歐等發達國家和地區及高新技術產業界都十分重視這項新技術，正投巨資加快產品的商業化

03角度、位置傳感器

　　用于數控機床，汽車測速，非接觸開關，旋轉編碼器等領域。具有功耗小，可靠性高，體積小，價格便宜和更強的輸出信號等優點。

04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、可重復性強，具有更寬的工作溫度、工作電壓和抗機械沖擊、震動的優異性能，而且GMR傳感器的工作點也不會隨時間推移而發生偏移。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GRM傳感器組成的陣列，還可以結合現有的IC工藝，提高整體設備的集成度，進行多目標的檢測，同時，對比傳統的熒光檢測法，磁性標記沒有很強的環境噪聲，標記本身不會逐漸消退，也不需要昂貴的光學掃描設備以及專業的操作人員。

05巨磁阻傳感器應用于軍事領域

　　GMR傳感器芯片在軍事裝備上也有廣泛的應用，比如：超微磁場探測器，地磁場探測傳感器，航天磁場方位傳感器。

三巨磁阻傳感器發展前景

　　人類利用電子的荷電性在半導體芯片上創造了今天的信息時代，自旋極化輸運給人類帶來的也許又是一片廣闊的天地。磁電子學給予人類以夢想和希望，同時也給予我們更多、更大的挑戰。事實上人類對于自旋極化輸運的了解還處于一個非常膚淺的階段，對新出現的新現象、新效應的理解基本上還是一種“拼湊式”的、半經典的唯象理論。作為磁學和微電子學的交叉學科，磁電子學將無論在基礎研究還是在應用開發上都將是凝聚態物理學工作者和電子工程技術人員大顯身手的新領域。GMR效應是磁電子學的主要內容之一，是一項方興未艾的事業，其發展必定帶來人類技術文明的進一步發展。由GMR效應作成的實用器件對電子信息的貢獻是不言而喻的。

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