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TM10型電流傳感器
TM11型電流傳感器
TM12型電流傳感器
什么是TMR（隧道磁阻）效應？
磁感(gan)應技術(shu)經(jing)歷了從霍(huo)爾效(xiao)應到AMR（各向(xiang)異(yi)性(xing)磁電(dian)阻）、GMR（巨磁電(dian)阻）再(zai)到TMR效(xiao)應的(de)(de)幾個階段。霍(huo)爾傳感(gan)器因其(qi)成本(ben)低(di)廉和(he)(he)使用方便而被廣泛(fan)應用于消費電(dian)子產品中；AMR技術(shu)提(ti)高(gao)了靈(ling)敏度(du)和(he)(he)性(xing)能；GMR進一步擴大了電(dian)阻變化的(de)(de)幅度(du)；而TMR效(xiao)應利(li)用量子隧穿(chuan)機制將磁感(gan)應技術(shu)推向(xiang)了更高(gao)的(de)(de)靈(ling)敏度(du)和(he)(he)精度(du)。TMR效(xiao)應可(ke)以算是磁感(gan)應技術(shu)發展的(de)(de)一個重要里程碑。
圖(tu)：磁傳感技術(shu)的演變
磁感應技(ji)術(shu)的(de)(de)每(mei)一次(ci)進(jin)步都帶來了(le)顯著的(de)(de)性能提升。從霍(huo)爾傳感器(qi)的(de)(de)低(di)成(cheng)本特(te)性，到AMR和GMR技(ji)術(shu)靈(ling)敏度的(de)(de)逐步提高(gao)(gao)，再到TMR通過量子隧(sui)穿實(shi)現的(de)(de)低(di)功耗和高(gao)(gao)精度，這種演變響應了(le)市場對高(gao)(gao)性能傳感器(qi)日益(yi)增長的(de)(de)需求。
TMR（隧道磁阻）效應是一種基于量子隧穿的磁阻現象。當(dang)磁(ci)(ci)場(chang)變化(hua)時(shi)，電子會隧穿兩種(zhong)鐵(tie)磁(ci)(ci)材料（鐵(tie)磁(ci)(ci)層(ceng)(ceng)）之(zhi)間的(de)(de)一(yi)層(ceng)(ceng)非常薄的(de)(de)絕緣層(ceng)(ceng)（通常由氧(yang)化(hua)物或氮化(hua)物制(zhi)成），從而引起明顯的(de)(de)電阻變化(hua)。這種(zhong)電阻變化(hua)遠大(da)于傳統磁(ci)(ci)效應(ying)（如霍爾效應(ying)和(he)(he)AMR效應(ying)），使TMR傳感(gan)器(qi)具有更(geng)高(gao)的(de)(de)靈(ling)敏度和(he)(he)噪聲抑制(zhi)能(neng)力。
TMR效(xiao)應(ying)的發現可以追(zhui)溯到1970年代，但直到材料科學和(he)納米技術的進(jin)步(bu)，TMR傳(chuan)感器才開(kai)始得到實際應(ying)用。該效(xiao)應(ying)用于(yu)檢測(ce)外部(bu)磁場的強度和(he)方向，廣泛(fan)應(ying)用于(yu)角度感測(ce)、位置監控和(he)速度測(ce)量等領域。
了解了TMR效應的基本原理(li)后(hou)，我們將(jiang)(jiang)進一步探討TMR傳感器如何將(jiang)(jiang)該效應應用于磁場檢測以及(ji)其獨特的工作(zuo)機制(zhi)。
TMR傳感器的工作原理
核心組件 – MTJ（磁隧道結）
TMR傳感(gan)器的核(he)心結構為磁(ci)隧道結（MTJ），其工作原理是依靠硬磁(ci)層、軟磁(ci)層和絕緣層的協同作用（如(ru)下圖所示），此(ci)外，MTJ元件通常與CMOS電路結合，實現信號的輸出與處理。
圖：磁隧穿結(jie)（MTJ）結(jie)構
- 硬磁層（Pin層）：該層具有固定的磁矩方向，通常由穩定的強磁性材料制成，提供參考方向。
- 軟磁層（自由層）：此層的磁矩可隨外界磁場調整，具有較高的靈敏度，通常由鐵、鈷或鎳等軟磁材料制成。
- 絕緣層（阻擋層）：通常由氧化物或氮化物制成，該層位于兩種磁性材料之間，充當隔離器，同時也充當電子隧穿的通道。
硬磁(ci)(ci)層與軟磁(ci)(ci)層之(zhi)間(jian)的(de)(de)磁(ci)(ci)矩排列（平行或反平行）直(zhi)接影響電子的(de)(de)隧穿概率，從而導(dao)致電阻(zu)的(de)(de)變化。這種電阻(zu)變化構成了TMR傳感器(qi)中磁(ci)(ci)場檢測的(de)(de)基(ji)礎。
材料選擇與性能優化
TMR傳感器(qi)的性能受材料選擇(ze)和設計優化的顯著影響：
- 硬磁層的材料選擇決定了其抗干擾能力和高溫穩定性。
- 軟磁層的磁飽和能力直接影響傳感器的靈敏度。
- 絕緣層厚度控制在幾納米，可以有效提高信噪比，同時降低功耗。
客服1
