TMR磁傳感器芯片有哪些特性？有哪些應用？

1.TMR基本結構、原理與特點

二十世紀八九十年代，隨著材料技術和微加工技術的發展，GMR（巨磁電阻）、TMR（隧穿磁電阻）效應逐步被發現并被認為具有廣闊的應用前景，尤其是具有更高MR比率（即更高的靈敏度）、更低功耗的TMR，被廣泛應用于信息存儲領域，并正在逐步取代霍爾元件等成為新一代的集成化磁場傳感器技術。

圖1：典型磁傳感器性能對比

在兩層磁性層中間夾一層極薄的非磁性層，其兩側電阻將隨兩層磁性層的磁化方向的相對關系變化，兩層磁化方向平行時阻值最?。≧p），反平行時阻值最大（RAp），MR值即定義為MR=(RAp-Rp)/Rp，GMR和TMR均具有類似結構和性質，不同的是，GMR中的非磁性層是金屬層（通常為Cu），起源于自旋相關的電子散射，MR值通常在百分之幾到百分之十幾；TMR中的非磁性層則為絕緣材料（通常為Al2O3或MgO），起源于隧穿效應，MR值通常在100% - 200%之間。

TMR效應通?？梢杂啥黧w模型解釋：電子在輸運過程中自旋方向不變，在平行磁化狀態下電子將由多子態進入多子態（少子態進入少子態），對應了小電阻，而在反平行磁化狀態下電子將由多子態進入少子態（少子態進入多子態），對應了大電阻。若利用反鐵磁層或人工反鐵磁將其中一層鐵磁層的磁化方向固定（釘扎）作為參考層，另一層鐵磁層則作為自由層隨外磁場偏轉，則其整體電阻即隨外磁場線性變化，這就是TMR芯片的基本單元MTJ（磁隧道結），如圖2所示。在實際應用中，為保證TMR傳感器的高靈敏線性輸出，通常保持自由層和參考層的初始磁化方向垂直，如圖3所示。

圖2：TMR基本原理（左）及典型結構（右）示意圖

圖3：TMR基本結構（左）及傳輸曲線（右）

2.TMR芯片介紹

2.1產品基本特性

Magic2001及Magic2952產品采用獨有的TopSenseTM專利技術，形成了具有極低磁滯、極強抗磁場干擾能力的系列TMR線性磁傳感芯片產品，其封裝均采用DFN2*2-8L形式，阻值依照規格可訂制在kΩ級至MΩ級。其中Magic2001產品典型線性范圍為±20 Oe，典型靈敏度為6 mV/V/Oe；Magic2952產品典型線性范圍±100 Oe，典型靈敏度1.5 mV/V/Oe。產品表現出極低的磁滯，并在強磁場沖擊后傳輸曲線保持幾乎完全一致，而傳統產品在強磁沖擊后將產生嚴重畸變，磁滯明顯增加，如圖4所示。

圖4：TopSense抗磁場沖擊性能與傳統技術對比

此外，使用了TopSenseTM技術的TMR傳感器具有一階線性溫漂，這一特點使得后續的溫度調理電路可以得到極大簡化，調理效果得到明顯提升。圖5展示了使用TopSense技術的TMR傳感器在進行溫度調理后不同溫度下的響應，得到了良好的一致性。

圖5：TopSense技術TMR調理后不同溫度下的響應

該系列產品采用了較小的封裝，芯片面積僅有2 mm*2 mm，為產品應用帶來了相當靈活的選擇。

2.2產品應用前景

在實際應用過程中，受電磁干擾、雷電沖擊、設備啟停導致的瞬間過電流等均有可能在傳感器周圍產生強磁干擾，良好的抗強磁干擾的穩定性可以保證芯片在復雜工況下穩定工作，極低的磁滯可以保證傳感器的線性度及精度，提高重復測量的一致性。在室外等寬溫度環境工作時，一階線性溫漂特性可以使傳感器通過簡便的溫漂調理方式即獲得十分良好的溫度穩定性，保障在環境溫度劇烈變化時傳感器仍能正常、精準地工作。采用TopSenseTM技術制備的具有極低磁滯，極強抗強磁干擾能力、一階線性溫漂的TMR線性傳感芯片將在汽車傳感、智能電網、新能源等磁場、電流測量領域展現出巨大的應用前景。 ?

審核編輯：劉清