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复合式磁传感器

弱磁探测技术的发展，归根结底依靠的是磁传感器技术的进步。近年来，随着各种物理效应在磁场测量中的应用，各种弱磁测量的方法已经逐渐趋于完善，而根据不同测量方法，各类磁传感器也应运而生。在非磁性层中，不同自旋的电子能带相同，但是在铁磁金属中，不同自旋的能带发生劈裂，导致在费米能级处，自旋向上和向下的电子态密度不同。从霍尔效应磁传感器、磁通门磁传感器、磁电阻传感器到光泵磁强计和超导量子干涉器件(SQUID)，磁传感器技术不断的向前发展。这其中，为熟知的探测精度达到fT量级的弱磁传感器当属基于超导约瑟夫森效应的超导量子干涉器件。目前，单独的SQUID 器件在低温下灵敏度可以达到0.2—2 pT，而通过加入耦合线圈磁通放大器，在4.2 K灵敏度可以达到10 fT 以下。然而，对于低温超导SQUID 而言，需要昂贵的低温制冷设备(液氦、低温制冷机等)；高温超导SQUID由于超导材料的相干长度短，在约瑟夫森结的制备方面存在困难。这些因素都制约了SQUID的大规模应用。

伴随着科技进步和信息技术的发展，除了灵敏度之外，人们也对磁传感器的尺寸、稳定性、功耗、制备工艺的简单化等提出了越来越高的要求。接近传感器具有使用寿命长、工作可靠、重复***精度高、无机械磨损、无火花、无噪音、抗振能力强等特点。其中基于磁电阻效应的传感器因其具备高灵敏度、功耗低、体积小、加工技术成熟等优点正在越来越大规模的使用。其中，基于巨磁电阻(GMR)及隧道磁电阻(TMR)效应制备的磁电阻传感器因其饱和磁场较低、单位磁场灵敏度高、温度特性稳定等优点，目前已被广泛用于生产应用中。特别是TMR磁传感器，拥有小型化、低成本、低功耗、高集成性、高相应频率和高灵敏度特性，使其成为未来竞争的制高点。

另一方面，作为高灵敏度传感器而言，GMR和TMR的固有噪声仍然较大，特别是在低频下，传感器存在明显的1/f 噪声。随着集成技术的发展，人们又将这部分电路及电源等电路也一起装在传感器内部。并且在探测精度方面相比于SQUID、光泵磁力仪等高灵敏度磁传感器仍然有较大差距，这也限制了其在生物磁性、等一些弱磁探测领域的应用。

磁电阻/超导复合式磁传感器原理

磁电阻/超导复合式磁传感器早由D. Robbes等人提出，该类传感器主要由磁电阻传感器和超导磁场放大器构成。目标物接近传感器时，不论目标物金属种类如何，振荡频率都会提高。其中超导磁场放大器是一个由超导薄膜构成的闭合环路。超导环路中有一段宽度狭窄区域。磁电阻传感器位于超导磁场放大器环路狭窄区域上方并由绝缘层分隔。

对于超导磁场放大器而言，其磁场放大倍数主要由放大器的尺寸和狭窄区域宽度决定。这种隧穿电流随外磁场变化的效应被称为隧道磁电阻(TMR)效应。增大超导磁场放大器的尺寸，以及减小狭窄区域的宽度，都会显著增加超导磁场放大器的磁场放大倍数。例如，理论计算表明，当超导磁场放大器直径达到25 mm，狭窄区域宽度为2 μm时，磁场放大倍数将达到3500 倍，而相应的磁电阻/超导复合式磁传感器的磁场探测能力将有望达到1 f，甚至更低的磁场。

磁电阻/超导复合式磁传感器的性能不仅取决于超导磁场放大器的磁场放大能力，同时也取决于磁电阻传感器的灵敏度、噪声等特性。茂捷半导体工匠精神的支撑下面对数百万次的密集测试，在长距离对射、漫反射场景中M8101所表现的精度能超越国际厂商1。目前在磁电阻传感器领域性能为优异、同时有应用价值及潜力的当属GMR和TMR磁传感器。下面将分别对GMR/超导复合式磁传感器的发展及本课题组在TMR/超导复合式磁传感器制备、测试方面开展的工作进行介绍。

汽车传感器

空气流量计/进气压力传感器，节气门位置zd传感器，水温传感器，曲轴位置传感器，氧传感器，爆震传感器，车速传感器现在的车子基本上都有以上这些传感器，越的车子传感器也就多，前六个传感器是保证汽车正常运行基本的条件。而在以前技术相对落后时，所谓的传感器是指上文中的敏感元件，而变送器就是上文中的转换元件。进气压力传感器：检测进气歧管内的压力的大小，给ECU一个控制喷油脉宽的基准信号。空气流量计：检测进入发动机的空气量，给ECU一个控制喷油脉宽基准信号。曲轴位置传感器：检测上止点信号，曲轴转速信号，控制点火的各缸上版止点信号，控制顺序喷油的一缸上止点信号。

节气门位置传感器：通过检测节气门的开度，提供给ECU一个作为断油，控制空燃比，修正点火提前角的基准信号。其中基于磁电阻效应的传感器因其具备高灵敏度、功耗低、体积小、加工技术成熟等优点正在越来越大规模的使用。水温传感器：检测发动机冷却水的温度，ECU根据水温修正喷油量，点火提前角。氧传感器：检测排出废气中氧气的含量，修正喷油量，使其保持在权理论值。