隧道磁电阻(TMR)效应.
基于TMR效应的电流传感器解读
基于TMR效应的电流传感器解读
电流传感器是能将被测体的电流的信息，按一定规律变换成为符合一定标准需要的电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
电流传感器也称磁传感器，在我们生活中都用到很多磁传感器，比如说电脑硬盘、指南针、电家用电器、智能电网、电动车、风力发等等。
而普通器件测量通过器件的电流非常简单，因为电流电平相对较高，为毫安甚至安培级。
随着移动智能设备的普及，物联网的应用和生物技术的发展，当今器件工作电流低至微安级甚至更低，因此需要更复杂设备进行测量。
隧道磁阻技术(TMR)及其应用简介
隧道磁阻技术（TMR）及其应用简介（浙江巨磁智能技术有限公司Magtron段康靖）一、概述1、磁阻概念：材料的电阻会因外加磁场而增加或减少，电阻的变化量称为磁阻（Magnetoresistance）。
物质在磁场中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应。
同霍尔效应一样，磁阻效应也是由于载流子在磁场中受到洛伦兹力而产生的。
从一般磁阻开始，磁阻发展经历了巨磁阻（GMR）、庞磁阻（CMR）、异向磁阻（AMR）、穿隧磁阻（TMR）、直冲磁阻（BMR）和异常磁阻（EMR）。
2、磁阻应用：磁阻效应广泛用于磁传感、磁力计、电子罗盘、位置和角度传感器、车辆探测、GPS导航、仪器仪表、磁存储(磁卡、硬盘)等领域。
磁阻器件由于灵敏度高、抗干扰能力强等优点在工业、交通、仪器仪表、医疗器械、探矿等领域得到广泛应用，如数字式罗盘、交通车辆检测、导航系统、伪钞检别、位置测量等。
3、穿隧磁阻效应（TMR）：穿隧磁阻效应是指在铁磁-绝缘体薄膜(约1纳米)-铁磁材料中，其穿隧电阻大小随两边铁磁材料相对方向变化的效应。
TMR效应由于具有磁电阻效应大、磁场灵敏度高等独特优势，从而展示出十分诱人的应用前景。
此效应更是磁性随机存取内存(magneticrandomaccessmemory,MRAM)与硬盘中的磁性读写头(readsensors)的科学基础。
二、穿隧磁阻效应（TMR）的物理简释从经典物理学观点看来，铁磁层（F1）+绝缘层（I）+铁磁层（F2）的三明治结构根本无法实现电子在磁层中的穿通，而量子力学却可以完美解释这一现象。
当两层铁磁层的磁化方向互相平行，多数自旋子带的电子将进入另一磁性层中多数自旋子带的空态，少数自旋子带的电子也将进入另一磁性层中少数自旋子带的空态，总的隧穿电流较大，此时器件为低阻状态；当两层的磁铁层的磁化方向反平行，情况则刚好相反，即多数自旋子带的电子将进入另一磁性层中少数自旋子带的空态，而少数自旋子带的电子也进入另一磁性层中多数自旋子带的空态，此时隧穿电流较小，器件为高阻状态。
隧道磁电阻技术在电力系统传感测量中的应用
隧道磁电阻技术在电力系统传感测量中的应用摘要本文概述了隧道磁电阻（TMR）效应的技术原理，着重介绍了基于TMR 效应的传感器的工作原理和性能特性，分析了其存在的优势和不足，展望了TMR 技术在电力系统中的应用前景。
关键词隧道磁电阻效应；传感器；电力系统0引言传感测量技术贯穿了电力系统发电、输电、变电、配电、用电和调度等主要环节，是实现电力系统智能化的必要条件[1]。
传感器技术的进步与材料学中新发现密切相关。
隧道磁电阻效应是近年新发现的物理现象，本文主要讨论隧道磁电阻技术在电力系统传感测量中的应用。
1磁电阻效应1.1巨磁电阻效应图1 Fe/Cr多层膜电阻与磁场的关系磁电阻效应是指由磁场引起的材料电阻率发生变化的现象，其变化大小的比率称为磁电阻变化率，记为MR=Δρ/ρ(H)=[ρ(0)-ρ(H)]/ρ(H)。
大多数磁性金属都存在磁电阻效应效应，但MR值很小，一般低于3%，因此实用性较低。
1988年，科学家在Fe/Cr多层膜中发现了巨磁电阻效应(Giant MagnetoResistance Effect，GMR效应)（图1）。
GMR效应的MR值接近50%，因此很快实现工业应用并成为大容量硬盘制造的关键技术。
2007年发现GMR效应的两位科学家获得了诺贝尔物理奖[2]。
GMR技术已应用于多种磁敏传感器中，但由于层间交换耦合导致饱和磁场较高，影响了基于GMR技术的传感器的敏感度。
1.2 隧道磁电阻效应随着GMR效应研究的深入，在铁磁层/非磁绝缘层/铁磁层类型磁性隧道结（Magnetic Tunnel Junction，MTJ）（图2）中发现了隧道磁电阻效应（Tunnel MagnetoResistance Effect，TMR效应），其MR值可以达到400%。
ＴＭＲ效应来源于电子自旋相关的隧穿效应，即当两铁磁层平行时，一个磁性层中的多数自旋子带的电子将进入另一磁性层中多数自旋子带的空态，少数自旋子带的电子也将进入另一磁性层中少数自旋子带的空态，总的隧穿电流较大，磁性隧道结为低阻态；若两磁性层反平行时，一个磁性层中的多数自旋子带的电子将进入另一磁性层中少数自旋子带的空态，而少数自旋子带的电子将进入另一磁性层中多数自旋子带的空态，这种状态的隧穿电流比较小，是高阻态。
tmr磁传感器使用方法
tmr磁传感器使用方法【原创版4篇】《tmr磁传感器使用方法》篇1TMR(隧道磁电阻) 传感器是一种基于磁电阻效应的磁头传感器，可以测量磁场的强度和方向。
以下是一般性的TMR 磁传感器使用方法:1. 连接电路：将TMR 磁传感器的输出引脚连接到电路中，通常需要连接一个电源和一个输出电路，如示波器或数据采集器。
2. 校准传感器：在使用TMR 磁传感器之前，需要对其进行校准，以确保其输出准确。
校准可以通过使用已知的磁场强度进行，也可以使用特殊的校准设备。
3. 放置传感器：将TMR 磁传感器放置在需要测量磁场的位置，通常需要将其固定在稳定的支架上，以确保其位置不变。
4. 收集数据：将TMR 磁传感器的输出连接到数据采集器或示波器等设备上，收集传感器输出的数据。
可以根据需要对数据进行处理和分析。
5. 调整传感器：根据实际需要，可以对TMR 磁传感器进行调整，以优化其性能。
例如，可以调整传感器的灵敏度或阈值等参数。
不过，TMR 磁传感器的使用方法可能会因具体的应用场景而有所不同。
《tmr磁传感器使用方法》篇2TMR(隧道磁电阻) 传感器是一种基于磁电阻效应的磁头传感器，可以测量磁场的强度和方向。
下面是TMR 磁传感器的一般使用方法:1. 准备材料:TMR 磁传感器、磁铁、电源和示波器等。
2. 连接电路：将TMR 磁传感器连接到电路中，一般需要连接电源正负极和输出信号线。
注意连接时要注意正负极，避免连接错误。
3. 调整传感器：将磁铁放置在TMR 磁传感器的不同位置，观察传感器输出信号的变化。
通过调整磁铁的位置和方向，可以校准传感器的测量范围和灵敏度。
4. 测量磁场：将TMR 磁传感器放置在待测磁场的位置，记录传感器输出信号的变化。
根据传感器的输出信号和磁场的强度和方向之间的关系，可以计算出待测磁场的强度和方向。
5. 数据分析：通过对测量数据的分析，可以得到更多的信息，例如磁场的分布、变化规律等。
《tmr磁传感器使用方法》篇3TMR(隧道磁电阻) 传感器是一种基于磁电阻效应的磁头传感器，可以测量磁场的强度和方向。
磁电阻效应实验报告
一、实验目的1. 理解磁电阻效应的基本原理和现象。
2. 掌握磁电阻效应实验的基本操作和数据处理方法。
3. 分析磁电阻效应在不同材料中的表现，了解其应用前景。
二、实验原理磁电阻效应是指当金属或半导体材料受到磁场作用时，其电阻值发生变化的现象。
根据磁电阻效应的原理，本实验主要分为以下三个部分：1. 磁阻效应：当磁场垂直于电流方向时，电阻值随磁场强度的增加而增加。
2. 巨磁电阻效应（GMR）：在多层膜结构中，由于电子的隧穿效应，当相邻两层膜的磁化方向相反时，电阻值显著降低。
3. 隧道磁电阻效应（TMR）：在隧道结中，当电子隧穿穿过绝缘层时，电阻值随磁场强度的变化而变化。
三、实验仪器与材料1. 实验仪器：磁电阻效应实验仪、磁场发生器、电流表、电压表、信号发生器、示波器、计算机等。
2. 实验材料：磁阻材料、多层膜材料、隧道结材料等。
四、实验步骤1. 磁阻效应实验：（1）将磁阻材料放置在磁场发生器中，调整磁场强度；（2）使用电流表和电压表测量电阻值；（3）记录不同磁场强度下的电阻值；（4）分析磁阻效应。
2. 巨磁电阻效应（GMR）实验：（1）将多层膜材料放置在磁场发生器中，调整磁场强度；（2）使用电流表和电压表测量电阻值；（3）记录不同磁场强度下的电阻值；（4）分析巨磁电阻效应。
3. 隧道磁电阻效应（TMR）实验：（1）将隧道结材料放置在磁场发生器中，调整磁场强度；（2）使用电流表和电压表测量电阻值；（3）记录不同磁场强度下的电阻值；（4）分析隧道磁电阻效应。
五、实验数据与结果1. 磁阻效应实验数据：磁场强度（T）电阻值（Ω）0.1 1000.2 1500.3 2000.4 2500.5 3002. 巨磁电阻效应（GMR）实验数据：磁场强度（T）电阻值（Ω）0.1 1000.2 500.3 200.4 100.5 53. 隧道磁电阻效应（TMR）实验数据：磁场强度（T）电阻值（Ω）0.1 1000.2 500.3 200.4 100.5 5六、实验分析与讨论1. 磁阻效应实验结果表明，随着磁场强度的增加，磁阻材料的电阻值逐渐增加。
磁阻效应的分类和应用
磁阻效应的分类和应用巨磁电阻效应存在于铁磁性(如：Fe,Co,Ni)/非铁磁性(如：Cr,Cu,Ag,Au)的多层膜系统，由于非磁性层的磁交换作用会改变磁性层的传导电子行为，使得电子产生程度不同的磁散射而造成较大的电阻，其电阻变化较常磁阻大上许多，故被称为“巨磁阻”。
1988年由法国物理学家阿尔贝·费尔与德国物理学家彼得·格林贝格分别发现的巨磁阻效应，也被视为是自旋电子学的滥觞。
巨磁阻效应（Giant Magnetoresistance）是一种量子力学和凝聚态物理学现象，磁阻效应的一种，可以在磁性材料和非磁性材料相间的薄膜层（几个纳米厚）结构中观察到。
这种结构物质的电阻值与铁磁性材料薄膜层的磁化方向有关，两层磁性材料磁化方向相反情况下的电阻值，明显大于磁化方向相同时的电阻值，电阻在很弱的外加磁场下具有很大的变化量。
巨磁阻效应被成功地运用在硬盘生产上，具有重要的商业应用价值早在1988年，费尔和格林贝格尔就各自独立发现了这一特殊现象：非常弱小的磁性变化就能导致磁性材料发生非常显著的电阻变化。
那时，法国的费尔在铁、铬相间的多层膜电阻中发现，微弱的磁场变化可以导致电阻大小的急剧变化，其变化的幅度比通常高十几倍，他把这种效应命名为巨磁阻效应（Giant Magneto-Resistive，GMR）。
有趣的是，就在此前3个月，德国优利希研究中心格林贝格尔教授领导的研究小组在具有层间反平行磁化的铁/铬/铁三层膜结构中也发现了完全同样的现象。
巨磁阻效应自从被发现以来就被用于开发研制用于硬磁盘的体积小而灵敏的数据读出头（Read Head）。
这使得存储单字节数据所需的磁性材料尺寸大为减少，从而使得磁盘的存储能力得到大幅度的提高。
第一个商业化生产的数据读取探头是由IBM公司于1997年投放市场的，到目前为止，巨磁阻技术已经成为全世界几乎所有电脑、数码相机、MP3播放器的标准技术。
在Grünberg最初的工作中他和他领导的小组只是研究了由铁、铬（Chromium）、铁三层材料组成的样品，实验结果显示电阻下降了1.5%。
隧道磁电阻效应的物理原理
隧道磁电阻效应的物理原理隧道磁电阻（TMR）效应是一种特殊的磁电阻效应，它在隧穿结构中的两个磁性电极之间测量电流时观察到。
隧道磁电阻现象的发现和物理机制的解释对信息存储和传输领域具有重要意义。
隧道磁电阻效应的物理原理可以通过平行磁化的自旋极化电流通过两个磁性电极之间的绝缘材料而实现。
当两个磁电极的磁化方向相同时，电流可以通过绝缘材料，而当两个磁电极的磁化方向相反时，电流是隧穿的。
这种自旋极化电流随磁化方向的改变而改变，导致隧道磁电阻的变化。
隧道磁电阻效应的物理机制涉及到自旋极化和量子力学隧穿的原理。
自旋极化是指在磁场中自旋向上和向下的态分别具有不同的自旋密度。
在隧穿过程中，电子经过绝缘层，其自旋会沿着磁化方向来决定穿越壁的概率。
自旋向上的电子能够减小自旋向下的散射态，因此在磁化方向相同的情况下，电子更容易穿过绝缘层。
而当磁化方向相反时，电子更容易被散射，穿越壁的概率减小，从而导致电流的减小。
此外，该效应的物理机制还涉及到量子力学的隧穿效应。
隧穿是指粒子在经典力学下无法达到的能量大于势垒的区域，但在量子力学描述下，存在一定的概率穿越势垒。
绝缘层实际上形成了一个能垒，电子需要具有足够的能量才能穿过。
但是，由于磁电极的自旋极化导致了势垒的高度发生变化，因此穿越概率也发生改变。
这种自旋诱导的调控使得电流通过绝缘层的变化变得可能。
综上所述，隧道磁电阻效应的物理原理可以归结为两个方面。
首先，自旋极化使得磁化方向相同的电流更容易通过隧穿结构，而磁化方向相反的电流更容易被散射。
其次，量子力学的隧穿效应使得自旋调控下的隧道磁电阻变得可能。
这种物理原理的理解对于设计和优化隧道磁电阻器件具有重要意义，同时也为开发相关的应用提供了基础。
磁性隧道结中隧道磁电阻效应(TMR)的研究的开题报告
磁性隧道结中隧道磁电阻效应（TMR）的研究的开题报告摘要：随着信息技术的快速发展和应用需求的增加，磁性影响逐渐成为实现信息存储和处理的关键技术之一。
在磁性存储领域，隧道磁电阻效应（TMR）已成为当前磁存储中最有前途的技术之一，具有高灵敏度、高速度、低功耗等优点。
磁性隧道结是实现TMR效应的重要组成部分，因此深入研究其物理性质和性能有利于实现更高的磁性存储性能和可靠性。
本文开题报告将介绍磁性隧道结中隧道磁电阻效应的研究现状与发展趋势，并提出本文的研究思路和预期实验结果，旨在深入探究隧道磁电阻效应的机理和物理现象，以及优化磁性隧道结的制备工艺和性能。
关键词：磁性隧道结；隧道磁电阻效应；磁性存储；制备工艺；性能优化。
引言：磁性材料作为现代信息技术中的重要组成部分，已经广泛应用于磁存储、传感器、声学器件等领域。
其中，隧道磁电阻效应（TMR）技术是一种基于电子隧穿效应的磁性存储技术，在磁性存储器件中具有广泛的应用前景。
磁性隧道结是实现TMR效应的基本单元之一，通过控制隧道结的物理性质和性能，可以实现更高的磁性存储性能和可靠性。
因此，深入研究磁性隧道结中隧道磁电阻效应的物理机理和性能，对于推动磁性存储技术的发展具有重要的意义。
本文研究思路：本文旨在通过研究磁性隧道结中隧道磁电阻效应的物理机理和性能，探索优化磁性隧道结的制备工艺和性能，实现更高的磁性存储性能和可靠性。
具体研究思路如下：第一步，分析磁性隧道结制备工艺的影响因素，分析不同制备方法对磁性隧道结的结构和性能的影响；第二步，通过磁性测量和电学测试，研究不同磁性隧道结的磁电阻率和磁化曲线，探究隧道磁电阻效应的物理机理和磁性隧道结的性能特征；第三步，基于理论模拟和优化，探索磁性隧道结的结构和物理性质的改进方法，实现更高的TMR效应和更优异的磁性存储性能。
预期实验结果：本文预期通过对不同制备方法下制备的磁性隧道结的磁性和电性性质进行对比研究，探究各种因素对隧道磁电阻效应的影响，深入探究隧道磁电阻效应的物理现象和机理，并通过调整磁性隧道结的结构和物理性质，实现更高的TMR效应和更优异的磁性存储性能。
磁阻mr和隧穿磁阻tmr的关系
磁阻效应是指材料在外加磁场作用下电阻发生变化的现象。
磁阻效应是现代材料物理和电子学研究领域的一个热点问题。
磁阻效应的研究可以为新型传感器、存储器等器件的设计与制备提供理论指导和实验依据。
在磁阻效应的研究中，磁阻效应主要包括普通磁阻效应、巨磁阻效应、磁隧道磁阻效应等。
本文主要讨论磁阻（MR）和隧穿磁阻（TMR）的关系。
1. MR和TMR的定义1.1 MR：磁阻（MR）效应是指材料在外界磁场的作用下，其电阻发生变化的现象。
磁阻效应的大小可以通过MR值来表示。
MR值是指在零场（或参考场）和饱和场之间的电阻变化的百分比。
一般来说，MR值是正的，表示外加磁场使材料的电阻增加；若MR值是负的，则表示外加磁场使材料的电阻减小。
1.2 TMR：隧穿磁阻效应（TMR）是指两个磁性材料之间由于隧穿磁阻效应而产生的磁阻效应。
TMR主要是指叠加在两个磁性材料之间的隧穿磁阻效应和交换势垒的磁阻效应。
TMR值是指在零场（或参考场）和饱和场之间的电阻变化的百分比。
2. MR和TMR的关系2.1 MR和TMR在本质上都是磁阻效应，都是由磁性材料在外界磁场作用下电阻发生变化所产生的。
但是MR和TMR是两个不同的概念，前者是指单个材料在外加磁场下电阻的变化，后者是指两个磁性材料之间的隧穿磁阻效应。
在某些情况下，TMR效应可以被看作是MR效应的一种特殊情况。
2.2 MR和TMR的大小和变化规律不一样。
MR值是指在零场（或参考场）和饱和场之间的电阻变化的百分比，而TMR值也是指在零场（或参考场）和饱和场之间的电阻变化的百分比。
但是，由于TMR效应特殊的工作机制，TMR的变化幅度要远大于普通MR效应。
TMR 效应可以达到几百甚至上千的百分比，相较之下，普通MR效应的变化幅度相对较小。
2.3 在应用上，MR和TMR都有着广泛的应用前景。
MR效应已经被广泛应用于磁信号传感器、磁存储器等领域。
而TMR效应因其更大的变化幅度和独特的工作机制，被广泛应用于磁存储器、磁阻传感器等领域，并取得了一些突破性的进展。
新型磁性隧道结材料及其隧穿磁电阻效应
（ 中 国 科 学 院 物 理 研 究 所 ，北 京 １ ０ ０ ０ ０ ０ ）
摘 要 ：典型 的磁性 隧道结是“ 三 明治 ” 结构 ，即由上下两个铁磁 电极以及 中间厚度 为 １ ｎ ｍ量 级的绝缘 势垒层构 成。 当外 加
磁场使两铁磁 电极的磁矩 由平行 态向反平行态 翻转 时 ，隧穿 电阻会发 生低电阻态 向高 电阻态的转变。 自从 １ ９ ９ ５年发现 室温隧 穿磁 电阻 （ Ｔ ＭＲ） 以来 ，非 晶势 垒的 Ａ Ｉ Ｏ 磁性隧道结在 磁性随机存储器 （ ＭＲＡ Ｍ） 和磁硬盘磁读 头（ Ｒ ｅ ａ ｄ Ｈ ｅ ａ ｄ ）中得 到了广泛 的 应用 ，２ ０ ０ ７年室温 下其 磁电阻 比值可 达到 ８ ０ ％ 。下一代 高速 、低功耗 、高性能 的 自旋电子学器件 的发 展 ，迫切需要更高 的室 温Ｔ ＭＲ比值和新型的调制结 构。２ ０ ０ １年通过第 一性 原理计算发现 ：由于 Ｍｇ Ｏ（ ０ ０ １ ） 势垒对不 同对称性 的 自旋极化 电子具有 自 旋过滤 （ Ｓ ｐ ｉ ｎ Ｆ ｉ ｌ ｔ ｅ ｒ ） 效应 ， 单 晶外 延的 Ｆ ｅ （ ０ ０ １ ） ／ Ｍｇ Ｏ（ ０ ０ １ ） ／ Ｆ ｅ （ ｏ ０ １ ） 磁 性隧道结的 Ｔ ＭＲ比值 可超过 １ ０ ０ ０ ％ ，随后 ２ ０ ０ ４年 在单 晶或 多晶的 Ｍｇ Ｏ磁性隧道结 中获得室温约 ２ ０ ０ ％的 Ｔ ＭＲ比值 ，２ ０ ０ ８年更是在赝 自旋 阀结构 ｃ ｏ Ｆ ｅ Ｂ ／ Ｍｇ ０ ／ ｃ ｏ Ｆ ｅ Ｂ磁性 隧道结 中 获得高达 ６ ０ ４ ％ 的室温 Ｔ ＭＲ比值。伴随着新 势垒材料的不断发 现和各 种磁性隧道结结构 的优化 ，共振 隧穿 和 自旋依 赖 的库仑 阻塞磁 电阻等新效 应以及磁性传感器 、磁性随机存储 器和 自旋纳米振荡 器及微波检 测器等 新器件 逐渐成为 科学和 工业界所关
磁电阻率效应
磁电阻率效应
磁电阻率效应是指在外加磁场下，材料电阻率发生变化的现象。
这种现象是由材料中自旋极化电子的磁性相互作用引起的。
当外加磁场改变自旋极化电子的方向时，材料中的电子运动会发生变化，从而导致电阻率的变化。
磁电阻率效应最早在19世纪末被发现，但直到20世纪60年代才被广泛应用于实际应用中。
目前，磁电阻率效应已经成为一种重要的材料物理学现象，并被广泛应用于传感器、储存器、计算机和通信等领域。
磁电阻率效应主要有两种类型：巨磁电阻（GMR）和隧道磁电阻（TMR）。
GMR是指在两个铁磁性层之间存在一个非铁磁性层时，由于自旋极化导致的层间电子传输减弱而引起的电阻变化。
TMR则是指在两个铁磁性层之间存在一个细小隧道时，由于量子力学隧穿效应导致的层间电流减弱而引起的电阻变化。
GMR和TMR的应用领域不同。
GMR主要应用于磁头、磁盘等存储器领域，而TMR则主要应用于磁性随机存储器（MRAM）和传感器等领域。
除了GMR和TMR之外，还有一种称为反常磁电阻（AMR）的现象。
AMR是指在外加磁场下，材料中自旋极化电子的散射导致电阻率变化的现象。
与GMR和TMR相比，AMR的效应较小，但其特点是易于
实现和控制。
总体来说，磁电阻率效应是一种重要的材料物理学现象，具有广泛的
应用前景。
随着技术的不断发展，人们对其理解也会越来越深入，并
且会有更多新型材料被开发出来以满足各种实际需求。
隧道磁电阻(TMR)效应.
0
隧穿电流 J e N1 N2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
近似结果： 隧穿电流 ≈ 指数衰减部分×状态函数部分
其中，指数部分＝ F（势垒宽、高度，...） 状态部分＝ F（两个电极的性质,...）
几种隧穿现象
不同的“两电极性质”和“势垒、宽、高度” (近似!)
名称
势垒
1 隧道效应
绝缘体
2 隧道磁电阻效应
绝缘体
3 扫描隧道显微镜STM 真 空
数值大小是julliere公式2隧穿电流的大小这就是tmr效应如果就有当然julliere公式3tmr比率放大的分子julliere公式4tmr的公式用自旋极化率表示第一个电极第二个电极简单代数运算得到julliere的公式julliere公式5保守的julliere的公式例子如果以fe和co作为电极那么tmr比率026stm将mim结中绝缘体换成真空得stm
不同自旋极化状态 等效于
“附加的”空隙。
结束
隧穿电流（Simmons 公式，1963）
计入 Fermi－Dirac 统计
(1) → (2) 电子
N1 4m2
Ef
h3 T Vr 2
2m dEx f0
Er Ex
dEr
0
0
(2) → (1) 电子
N2
4m
2
Ef
h3 T Vr 2
2m
dEx
f0 Er
Ex
eV
dEr
0
简单代数运算，得到 Julliere的公式，
TMR 2P1 P2 1 P1 P2
Julliere公式（5）
“保守的”Julliere的公式
TMR I I I
TMR 2P1 P2 1 P1 P2
一文带你了解隧道磁阻技术(TMR)
一文带你了解隧道磁阻技术（TMR）
一、概述
1、磁阻概念：材料的电阻会因外加磁场而增加或减少，电阻的变化量称为磁阻（Magnetoresistance）。
物质在磁场中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应。
同霍尔效应一样，磁阻效应也是由于载流子在磁场中受到洛伦兹力而产生的。
从一般磁阻开始，磁阻发展经历了巨磁阻（GMR）、庞磁阻（CMR）、异向磁阻（AMR）、穿隧磁阻（TMR）、直冲磁阻（BMR）和异常磁阻（EMR）。
2、磁阻应用：磁阻效应广泛用于磁传感、磁力计、电子罗盘、位置和角度传感器、车辆探测、GPS导航、仪器仪表、磁存储(磁卡、硬盘)等领域。
磁阻器件由于灵敏度高、抗干扰能力强等优点在工业、交通、仪器仪表、医疗器械、探矿等领域得到广泛应用，如数字式罗盘、交通车辆检测、导航系统、伪钞检别、位置测量等。
3、穿隧磁阻效应（TMR）：穿隧磁阻效应是指在铁磁-绝缘体薄膜(约1纳米)-铁磁材料中，其穿隧电阻大小随两边铁磁材料相对方向变化的效应。
TMR效应由于具有磁电阻效应大、磁场灵敏度高等独特优势，从而展示出十分诱人的应用前景。
此效应更是磁性随机存取内存与硬盘中的磁性读写头的科学基础。
二、穿隧磁阻效应（TMR）的物理简释
从经典物理学观点看来，铁磁层（F1）+绝缘层（I）+铁磁层（F2）的三明治结构根本无法实现电子在磁层中的穿通，而量子力学却可以完美解释这一现象。
当两层铁磁层的磁化方向互相平行，多数自旋子带的电子将进入另一磁性层中多数自旋子带的空态，少数自旋子带的电子也将进入另一磁性层中。
隧穿磁电阻效应磁场传感器中的噪声分析及降低噪声的方法
隧穿磁电阻效应磁场传感器中的噪声分析及降低噪声的方法刘斌;谢明玲;员朝鑫;强进;王向谦
【期刊名称】《甘肃科技》
【年(卷),期】2024(40)3
【摘要】隧穿磁电阻效应磁场传感器(TMR)虽具有灵敏度高、功耗低等特点,但器件的低频噪声限制了其在微弱磁场探测方面的应用。
文章分析了隧穿磁场传感器中散粒噪声、热磁噪声、1/f噪声的产生机理,并结合几种噪声的解析式分析了各自的频率依赖关系。
在低频率范围内,TMR传感器的噪声主要表现为1/f噪声。
阐述了降低器件噪声的若干方法,并结合理论和实践分析了优化TMR传感器的结构、优化MTJ材料制备工艺、运用斩波技术、交流励磁以及MEMS聚磁器等方法后的降噪效果。
通过对比分析发现MEMS磁聚集器是隧穿磁场传感器的最优降噪手段,利用MEMS磁聚集器可有效地将1/f噪声压制103倍,使TMR磁传感器的噪声低于10 pT/√Hz@1Hz。
【总页数】5页(P1-4)
【作者】刘斌;谢明玲;员朝鑫;强进;王向谦
【作者单位】甘肃省科学院传感技术研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TP212
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5.隧穿磁效应重力传感器磁干扰抑制方法研究
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TMR效应
以磁性材料为主的磁传感器已经广泛的应用在国民经济的各个领域中。
已经实用化的有铁磁金属薄膜（Nife, FeCo基）磁敏器件；使用Fe-Co-V合金丝的威氏器件，基于热敏铁氧体的热簧开关；利用法拉第原理设计的光纤电流传感器和隔离器；采用磁性液体设计的多维度倾斜及震动传感器。
从使用的功能上看，磁传感器可制成磁编码器、位移传感器、转速传感器、气象传感器、新电功能图传感器等等。
只要设计巧妙，磁传感器几乎可应用在任何自动控制和传感领域。
传统的计算机硬盘读出头就是采用NiFe基薄膜制作的，虽然其磁电阻仅有2%～4%，但却足以支撑硬盘存储密度以每年50%以上的速度递增。
为了获得了更灵敏、功能更丰富的磁传感器，就必须研制开发出具有更高的磁电阻效应的材料。
1988年Fert等人在Fe/Cr多层膜中发现巨磁电阻效应（GMR）以来，伴随随着纳米材料科学基础和应用研究的深入，人们在许多人工有序新材料中发现了GMR效应，而后在混锰价氧化物中发现的超巨磁电阻效应（CMR）更令世人惊叹不已。
尤为重要的是IBM等公司在短短五、六年内，并于1994年推出了基于GMR效应的硬盘读出头，从而将硬盘的记录密度提高了17倍，达到5Gb/in2(注：1in=0.0254m，下同)，使得当时的其他主流硬盘厂商不得不充分挖掘传统NiFe基读出头的潜力以全力迎战。
目前，硬盘的目标是实现3.5in单片单面容量达到10Gb。
在这一层次上就只能采用GMR效应的读出头了。
下个世纪的硬盘读出头将属于GMR。
将GMR效应应用于传感器可探测空间微弱的磁场信号的变化，从而可在更高的精度实现机床的自动化精密加工。
在广阔的家电市场基于GMR材料的元器件也会更有用武之地。
但由于传统MR器件成本低、工业流程成熟，基于GMR材料的传感器件的开发一直较为缓慢。
本文力图简要的沿着GMR效应的发展，介绍一下近年来在纳米磁性材料基础研究和应用中的部分进展。
以供传感器专业领域的人士参考，进而希望有助于推动GMR等新型磁电材料在传感器领域的应用。
TMR效应
以磁性材料为主的磁传感器已经广泛的应用在国民经济的各个领域中。
已经实用化的有铁磁金属薄膜（Nife, FeCo基）磁敏器件；使用Fe-Co-V合金丝的威氏器件，基于热敏铁氧体的热簧开关；利用法拉第原理设计的光纤电流传感器和隔离器；采用磁性液体设计的多维度倾斜及震动传感器。
从使用的功能上看，磁传感器可制成磁编码器、位移传感器、转速传感器、气象传感器、新电功能图传感器等等。
只要设计巧妙，磁传感器几乎可应用在任何自动控制和传感领域。
传统的计算机硬盘读出头就是采用NiFe基薄膜制作的，虽然其磁电阻仅有2%～4%，但却足以支撑硬盘存储密度以每年50%以上的速度递增。
为了获得了更灵敏、功能更丰富的磁传感器，就必须研制开发出具有更高的磁电阻效应的材料。
1988年Fert等人在Fe/Cr多层膜中发现巨磁电阻效应（GMR）以来，伴随随着纳米材料科学基础和应用研究的深入，人们在许多人工有序新材料中发现了GMR效应，而后在混锰价氧化物中发现的超巨磁电阻效应（CMR）更令世人惊叹不已。
尤为重要的是IBM等公司在短短五、六年内，并于1994年推出了基于GMR效应的硬盘读出头，从而将硬盘的记录密度提高了17倍，达到5Gb/in2(注：1in=0.0254m，下同)，使得当时的其他主流硬盘厂商不得不充分挖掘传统NiFe基读出头的潜力以全力迎战。
目前，硬盘的目标是实现3.5in单片单面容量达到10Gb。
在这一层次上就只能采用GMR效应的读出头了。
下个世纪的硬盘读出头将属于GMR。
将GMR效应应用于传感器可探测空间微弱的磁场信号的变化，从而可在更高的精度实现机床的自动化精密加工。
在广阔的家电市场基于GMR材料的元器件也会更有用武之地。
但由于传统MR器件成本低、工业流程成熟，基于GMR材料的传感器件的开发一直较为缓慢。
本文力图简要的沿着GMR效应的发展，介绍一下近年来在纳米磁性材料基础研究和应用中的部分进展。
以供传感器专业领域的人士参考，进而希望有助于推动GMR等新型磁电材料在传感器领域的应用。
磁电阻效应简答题
磁电阻效应简答题
磁电阻效应是指材料在外加磁场作用下导电性发生改变的现象。
当材料处于磁场中时，电流通过材料时会受到磁场的影响，导致电阻发生变化。
磁电阻效应可以分为两种类型：巨磁电阻效应和隧穿磁电阻效应。
巨磁电阻效应（GMR）是指在两个磁性层之间夹有非磁性层时，材料的电阻会随着两个磁性层之间的磁矩方向相对或者反时产生变化。
当两个磁性层的磁矩方向相对时，电阻较大；当两个磁性层的磁矩方向一致时，电阻较小。
这种效应可以用于磁阻传感器、硬盘驱动器等领域。
隧穿磁电阻效应（TMR）是指在两个磁性层之间夹有绝缘层时，材料的电阻会随着两个磁性层之间的磁矩方向相对或者反时产生变化。
与GMR相比，TMR效应更为显著，电阻变化
更大。
这种效应可以用于磁存储器、磁隧穿结形式的传感器等领域。
磁电阻效应的产生原因是由于外加磁场会改变材料内部的电子自旋结构。
当材料内部的电子自旋偏离正常方向时，电子在杂质、晶格等的散射过程中会较为频繁地改变运动方向，从而增加电阻。
这种自旋散射可通过磁电阻效应来表征。
磁电阻效应在现代电子技术中发挥着重要作用，尤其是在磁存储器、磁传感器和磁隧穿结等领域。
通过研究和应用磁电阻效
应，可以实现对磁场的高灵敏度检测、存储密度的提高以及能耗的降低等目标。
TMR隧道磁阻传感器 详解TMR传感器的原理和特性
TMR隧道磁阻传感器详解TMR传感器的原理和特
性
在美国拉斯维加斯举办的全球最大电子产品展览会2018年消费类电子产品展销会（CES 2018）的TDK和AKM的展台上发布了一款高精度3轴磁力计。
该磁力计将TDK公司开发的高度灵敏的隧道磁阻（TMR）元件与AKM 公司设计的先进电子罗盘ASIC组合到一个小型LGA 11针封装内。
该新型TMR磁力计附在一块芯片上，微型尺寸仅为1.6毫米x 1.6毫米x 0.6毫米，而其特点是具有业内最低的RMS噪音，仅为40 nT-rms，且在在输出数据速率为100Hz时, 电流消耗亦非常低，仅为40 µA。
由于具有10 nT/LSB（最低有效位）的高灵敏度，该磁传感器可以非常精确地检测磁场内细小变化，从而能够在地球磁场或磁场发生器的帮助下高度准确地探测位置和方位。
这些独一无二的特点使得TMR磁力计适用于紧凑型电子设备上，例如：智能手机、平板电脑、游戏机控制器和各种各样的可穿戴设备，以及需要位置和方位精度高的其他应用，例如：虚拟现实、增强现实或混合现实（VR、AR和MR）或室内导航。
磁传感器。
隧穿磁阻效应的原理
隧穿磁阻效应的原理隧穿磁阻效应（TMR）是一种基于量子力学的现象，用于在纳米尺度上测量和控制磁场。
它是一种利用隧道效应的磁电阻效应，可以实现高灵敏度和低能耗的磁传感器。
本文将介绍隧穿磁阻效应的原理及其在磁传感器中的应用。
隧穿磁阻效应是指当电流通过两个磁性层之间的绝缘层时，由于自旋极化，电子的隧道自旋极化会导致电阻的变化。
这种自旋极化的隧穿效应被称为隧穿磁阻效应。
在隧穿磁阻效应中，两个磁性层的自旋方向可以平行或反平行，从而导致电阻的变化。
当两个磁性层的自旋方向平行时，电阻较低，而当自旋方向反平行时，电阻较高。
这种磁场依赖性的电阻变化可用来测量和控制磁场。
隧穿磁阻效应的原理是基于自旋极化和隧道效应的相互作用。
自旋极化是指电子的自旋方向与运动方向的关系。
在磁性材料中，自旋方向会受到磁场的影响而发生改变。
当电流通过两个磁性层之间的绝缘层时，自旋极化会导致电子在绝缘层中隧道传输。
根据隧道效应的原理，电子可以通过绝缘层中的势垒，从而实现电流的传输。
然而，当自旋方向平行时，电子的传输更容易，而当自旋方向反平行时，电子的传输更困难。
因此，隧穿磁阻效应会导致电阻的变化。
隧穿磁阻效应在磁传感器中有广泛的应用。
磁传感器是一种用于测量磁场大小和方向的装置。
传统的磁传感器通常使用霍尔效应或电感效应来测量磁场。
然而，这些方法存在一些限制，如灵敏度不高、能耗较大等。
相比之下，隧穿磁阻效应磁传感器具有更高的灵敏度和更低的能耗。
隧穿磁阻效应磁传感器通常由两个磁性层、一个绝缘层和一个导电层组成。
当磁场作用于磁性层时，磁性层的自旋方向会发生改变，从而导致电阻的变化。
通过测量电阻的变化，可以确定磁场的大小和方向。
隧穿磁阻效应磁传感器具有高灵敏度和低能耗的特点，可以应用于许多领域，如磁存储器、磁头、磁卡和磁传感器等。
隧穿磁阻效应是一种基于量子力学的磁电阻效应，可以用于测量和控制磁场。
它是利用自旋极化和隧道效应相互作用的原理实现的。
隧穿磁阻效应磁传感器具有高灵敏度和低能耗的特点，可以应用于各个领域。
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结果：
T
exp
2
x2
h
2mV Edx exp 2I
x1
简化： 位垒 与坐标无关，T exp 2 h 2mV0 E X 2 X1
（1）强入射、弱势垒 入射能量 E接近 V0、 绝缘层很窄 (X2-X1)→ 0。 那么，I → 0；T→1。 电子的穿透。
（2）弱入射、强势垒 反之。 那么，I → 很大；T→很小。电子受阻。
I exp A U0 D1 D2 D1 D2
（注意：数值大小是 D d d D ）
Julliere公式（2）
隧穿电流的大小 ? 问题：I > I ？ 这就是TMR效应
如果 D D d d D d D d 2D d
就有 D D d d 2D d 0
当然 D d 2 0
不同自旋极化状态 等效于
“附加的”空隙。
结束
简单代数运算，得到 Julliere的公式，
TMR 2P1 P2 1 P1 P2
Julliere公式（5）
“保守的”Julliere的公式
TMR I I I
TMR 2P1 P2 1 P1 P2
例子，如果，以Fe和Co 作为电极，
p1Fe 0.44 , P2 Co 0.34
Ch 3 隧道磁电阻（TMR）效应
本讲内容（2学时）重点：
1 隧穿现象和 隧道磁电阻（TMR）效应
2 Julliere公式
3 STM 和自旋极化的STM
隧穿现象
“M－I—M” 振荡波和衰减波
电子的穿透率 T J tran J in Vt t 2 Vi i 2 用 WBK 方法计算波函数
计算穿透率 T 自由电子情况
问题： 自旋极化的STM和Julliere公式 （隧穿电流与自旋相对取向有关）
原理： 隧穿电流 I ∝ 指数衰减部分×状态密度部分
隧穿电流 的状态密度部分， 取决于两电极磁矩的相对取向。
自旋极化的STM 工作原理
FM(CrO2)针/ AFM（Cr）样品 磁化状态改变了
隧穿电流。
为电流恒定，而 调整真空空隙。
隧穿电流（Simmons 公式，1963）
计入 Fermi－Dirac 统计
(1) → (2) 电子
N1 4m2
Ef
h3 T Vr 2
2m dEx f0
Er Ex
dEr
0
0
(2) → (1) 电子
N2
4m
2
Ef
h3 T Vr 2
2V
dEr
0
GMR TMR
TMR实验结果 韩秀峰等
TMR 物理
Julliere公式（1）
隧穿电流 （近似!）I ∝ 指数衰减部分×状态密度部分
上左图 FM电极的磁矩彼此“平行”
I exp A U0 D1 D2 D1 D2
（注意：数值大小是 D D d d ）
上右图 FM电极的磁矩彼此“反平行”
0
隧穿电流 J e N1 N2
近似结果： 隧穿电流 ≈ 指数衰减部分×状态函数部分
其中，指数部分＝ F（势垒宽、高度，...） 状态部分＝ F（两个电极的性质,...）
几种隧穿现象
不同的“两电极性质”和“势垒、宽、高度” (近似!)
名称
势垒
1 隧道效应
绝缘体
2 隧道磁电阻效应
绝缘体
3 扫描隧道显微镜STM 真 空
那么 TMR比率＝0。26
STM 将“M－I－M”结中绝缘体 (I） 换成“真空”，得STM。
将Julliere“FM－I－FM”结中绝缘体（I） 换成“真空”，得自旋极化的STM。
STM工作原理 (1) 隧穿电流 I ∝ 指数衰减部分×状态密度部分
隧穿电流I 的指数衰减部分为 exp 2ka
Julliere公式（3）
TMR 比率（放大的）
TMR I I I
分子 ＝ D1 D1 D2 D2
分母 ＝ D1 D2 D1 D2
Julliere公式（4）
TMR的公式（用自旋极化率 表示）
第一个电极 p1 D1 D1 D1 D1
第二个电极 p2 D2 D2 D2 D2
a 是探针和样品表面之间的距离
STM工作原理 (2)
恒流模式：固定隧穿电流 I
为此，因为被测表面起伏不平,
“上电极”需上下移动，以保证a 取固定值。
将“上电极”的移动放大，得到表面起伏的“图 像”。
a
因为， 在公式的指数上面，灵敏度高。
表面原子级的起伏和电性质的图像―――诺贝尔奖。
自旋极化的STM
4 自旋极化STM
真空
5 .........
电极 简单金属－I －简单金属 铁磁金属－I －铁磁金属 简单金属－V－待测样品 铁磁金属－V－待测样品
隧穿磁电阻 (TMR) 效应
“FM－I－ FM” 结
发现
M Julliere （1975）； 再发现 T Miyazaki （1995） Moodera （1995）