德国电子同步加速器(DESY)研究所的研究人员发现一种新的沉积技术——OID,可望成为开发新一代磁传感器的基础。这项新发现使其得以根据应用需求实现量身打造的传感器。

当今的磁传感器应用无所不在。他们可以用于测量车轮的旋转速度,为汽车实现防死锁系统;读取固定磁盘上的数据,以及侦测金属组件上的细微裂纹。各种可能的应用极其丰富,同时也需要个别的传感器设计,才能为所有的这类应用进行测量。

这种传感器由交变磁层与非磁层的微结构堆栈组成,每一层的厚度仅几纳米(nm)。在外部磁场的影响下,这些堆栈的电阻值持续发生转变。尽管巨磁阻效应彻底变了传感器,仍然留下了一个问题:传感器所在的磁场强度正从某种状态切换至另一个固定值。

因此,DESY的科学家开发出一种制造技术,能够控制传感器层的磁性。藉由这一过程,它能够“调整”在堆栈中切换每一单层所需的磁场强度。此外,还可以调整每一层的优先磁向,以因应相应设计的需要。这使其能以个别的特性建置大量的各种传感器类型。DESY研究人员暨该研究作者Kai Schlange解释,“现在,经常必须调整应用以适应传感器的特性。而我们能够客制传感器,以因应应用的需求。”

这种新的传感器技术基础在于“斜入射沉积”(OID)。透过OID过程,已知的单层得以在任何基板上形成各种磁材料。藉由改变沉积的角度,研究人员们能够确定某个磁层是否应该在外部磁场——例如0.5 millitesla时或只在磁场强度更高百倍时进行切换。

研究人员指出,这种技术的应用不仅针对磁单层,同时也适用于高层数的多层堆栈。生产这种多层的系统可在真空下进行。透过采用X射线的光源进行实验,研究人员们能够在多层堆栈中精确地侦测出每一单层的磁特性。因此,他们能够证实,OID使其得以植入任何复杂度的磁结构,并以高精确度移植至扩展的堆栈中。

“这项技术能够制造出讯号更精确的磁传感器,而且包含较以往更多的信息,”主导这项研究的Ralf Röhlsberger解释,“它明显提高了测量旋转运动的精确度,从根本上促成更安全的马达、驱动系统以及引擎控制,特别是如果这些引擎是在极端条件下作业的。”

编译:Susan Hong

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