Високочутливий магніторезистор

Високочутливий магніторезистор на основі Винахід відноситься до галузі електротехніки, електроніки, напівпровідникової техніки, зокрема до резисторів, .які керуються магнітним полем. В більшості випадків магніто резистивний ефект базується на збільшенні електроопору в магнітному полі. Такий принцип було покладено в основу існуючих магніторезисторів. У теперішній час найбільшу ве личину магніторезистивного ефекту (МРЕ) ΔR/R0 = (RH – R0)/R0 (де R0 - еле ктроопір без магнітного поля, RH - у магнітному полі) мають манганіт-лантанові перовскіти La0,67 Me0,33 МnО3, причому з негати вним магніторезистивним ефектом, тобто електроопір зменшується в магнітному полі. Наприклад, в плівках La0,67Ca0,33 MnO 3 при 20°С в магнітному полі 477,6 104 А/м (6 Тл) ΔR/R0 = - 93% [1], якій відповідає величина магніторезистивної чутливості (МРЧ) -1,9 · 10 -5%м/А. МРЕ спосте рігається також в марганець-цинкових фе ритах .[2, 3]. Так, в полікриста лічному керамічному зразку Mn0,9Zn0,1Fe2 O4 при 20°С в постійному магнітному полі 79,6 · 103А/м ΔR/R0 = -0,43% [3], якій відповідає величина МРЧ -0,54 · 10-5, що в кілька разів менше, ніж для плівки La0,67Ca0,33 MnO3. В цих випадках електричний опір магніторезисторів (МР) зменшується при збільшенні напруженості магнітного поля. Найбільш близьким до винахо ду являється магніторезистор, виготовлений із плівкових манганіт-лантанових перовскітів /1/. Недоліком /1/ та /2, 3/ є недостатньо висока магніточутливість, що не дозволяє використовувати їх в сла бких полях порядку кількох А/м. (19) UA (11) 45153 (13) A магнітних матеріалів, який відрізняється тим, що його ви конано із високопроникного фе риту у вигляді замкнуто го магнітного контура. 3 45153 4 В основу ви нахо ду поставлено завдання підвакууму (4p 10-7Гн/м), μ - початкова магнітна провищення магніто резистивної чутливості МР завдяникність фериту, Н - напруженість магнітного поля ки виготовленню магніторезисто рів у вигляді за(А/м). При ви користанні марганець-цинкових фе римкнутого магнітного контуру з ферито вих матеріатів з магнітною проникністю, бі льшою за 1000, інлів з великою магнітною проникністю (μ). По ставдукція у кільцевих фе ритових осе рдях у сла бких лене завдання досягається тим, що кільцеві МР полях до сягає десятих часток Тесла. виготовляють з високопрониклививих (μ ³ 1000) Були досліджені зразки кільцевої фо рми з мамарганець-цинковових феритів, наприклад, таких рганець-цинкових фе ритових матеріалів з різними марок як МН-1000, MH-2000, MH-6000, МН-10000 з значеннями магнітної проникності і геометричними контактами, нанесеними на проти лежні боки кільця розмірами. Основні параметри деяких з них, .в тоодним з перелічених методів: му чи слі МРЧ в порівнянні з прототипом /1/, навенанесення ласти з вмістом срібла; дено у таблиці. Наприклад, для нашо го зразка №2 напилення срібних контактів; МРЧ бі льше в 400 разів від МРЧ [1]. Для інших вти рання індію при кімнатній температурі. зразків співвідношення МРЧ має та кий же порядок. Ма гніто резистивна чутливість до слабких поІнший зразок, наприклад, №3, має досить високу лів підвищується за рахунок використання .магнітМРЧ, причому при високій термічній стабільності в ної індукції, яка виникає у кільцевих зразках маргаширокому інтервалі температур (-60°С до +60°С), нець-цинкових фе ритів з високою магнітною пров якому може ефективно працювати магніторезисникністю. Ма гнітна індукція магнетиків в слабких тор. магнітних полях (релеєвська область) визначається по формулі В = μaН, де В - магнітна індукція (Тл), μа = μ0μ - магнітна проникність речовими (Гн/м), μ0 - магнітна постійна Таблиця Геометичні Робочий діапазон Ма гніто резистивна чу- Відношення R0 (20°С), Початкова № тливість МРЧ до МРЧ Ом проникність, μ розміри кільця, магнітного поля, мм А/м d(ΔR/R0)/dH,%м/A прототипа [1] 1 1275 1000 10 х 6 х 5 50 - 280 -2.3 · 10 -3 120 -3 2 1310 1600 16 x 10 x 5 31 - 120 -7,7 · 10 400 3 97 6700 10 x 6 x 5 5 - 35 -4,0 · 10 -3 210 Робочий частотний діапазон запропонованих магніторезисто рів досить широкий від 0 до десятків кГц. Температурний коефі цієнт (ТК) МРЧ змінюється незначно, тобто магніторезистори досить термостабільні. Наприклад, для зразка №2 в діапазоні температур -60°С - +20°С ТК МРЧ складає 0,83%/°С, а при температурах +20°С - +60°С ТК МРЧ ще менше - -0,60 %/°С. Для зразка № 3ТК МРЧ становить -0,35 та –0,2 %/°С відповідно до наведених діапазонів те мператур. Робочий струм запропонованих магніторезисторів – 20 - 100 мА, Максимальна розсіювана .потужність – 0,25Вт. Використовуючи додаткове підмагнічування змінним магнітним полем напруженістю 8 - 80А/м в залежності від марки фериту, можна зміщувати лінійну ді лянку в бік менши х магнітних полів. То му лінійна частина характеристики MPE = f(H) може починати ся з нульового значення магнітного поля , що має суттєву перевагу відносно існуючих магніторезторів. Запропоновані високочутливі магніторезистори можуть знайти засто сування в безконтактних електричних апаратах змінного і постійного струму, в рі зноманітних перетво рюва чах, си стемах релейного захи сту, різноманітних пристроях захи сно го відключення побутової напруги для захи сту людей від ураження електричнім струмом, холодильників, пральних машин тощо, підземних електричних пристроях, захи сту у ви бухонебезпечних умовах шахт, хі мічних ви робництв, бензоколонок, безколекторних електричних машинах, мережах електропостачання різної напруги, тощо. Висока магніторезистивна чутливість, відсутність рухомих електричних контактів забезпечують широке коло застосування МР і практично необмежений строк служби таких пристроїв та їх високу надійність. Джерела інформації 1. S.Jin, T.H.Tiefel, McCormack, R.A.Fastnacht, R.Ramesh, L.H.Chen. Thousandfold change in resistevity in magnetoresistence La-Ca-Mn-O films// Science. 1994. V.264.№5157.P.413-415. (Прото тип) 2. К.П.Белов, А.Н.Горяга, В.Н.Пронин, Л.А.Скипетрова. О природе аномального отрицате льного магнитосопроти вления и парапроцесса в магнетите и марганцевом феррите при низких температурах // Письма ЖЭТФ - 1983. Т.37. в.8 ст. 392-395 3. Е.Rezlescu, N.Rezlescu. Magnetoresistance effect in the Mn1-xZnxFe2O 4 ceramics//JMMM. 1999. V.193.P.501-503. ДП “Український інститут промислової власності “(Укрпатент) Україна, 04119, Київ-119, вул. сім‘ї Хо хлових, 15 (044) 456-20-90 2