磁敏傳感器

磁敏傳感器的寫法

磁敏傳感器介紹

磁敏傳感器中，霍爾元件及霍爾傳感器的生產(chǎn)量是的。它主要用于無刷直流電機(jī)（霍爾電機(jī)）中，這種電機(jī)用于磁帶錄音機(jī)、錄像機(jī)、XY記錄儀、打印機(jī)、電唱機(jī)及儀器中的通風(fēng)風(fēng)扇等。另外，霍爾元件及霍爾傳感器還用于測(cè)轉(zhuǎn)速、流量、流速及利用它制成高斯計(jì)、電流計(jì)、功率計(jì)等儀器。

磁敏傳感器是傳感器產(chǎn)品的一個(gè)重要組成部分,隨著我國磁敏傳感器技術(shù)的發(fā)展,其產(chǎn)品種類和質(zhì)量將會(huì)得到進(jìn)一步發(fā)展和提高,進(jìn)軍汽車,民用儀表等這些量大面廣的應(yīng)用領(lǐng)域即將實(shí)現(xiàn).國產(chǎn)的電流傳感器,高斯計(jì)等產(chǎn)品日前已經(jīng)開始走入國際市場(chǎng),與國外產(chǎn)品的差距正在快速縮小

工作原理

磁敏傳感器，顧名思義就是感知磁性物體的存在或者磁性強(qiáng)度(在有效范圍內(nèi))這些磁性材料除永磁體外，還包括順磁材料(鐵、鈷、鎳及其它們的合金)當(dāng)然也可包括感知通電(直、交)線包或?qū)Ь€周圍的磁場(chǎng)。

一，傳統(tǒng)的磁檢測(cè)中首先被采用的是電感線圈為敏感元件。特點(diǎn)正是無須在線圈中通電，一般僅對(duì)運(yùn)動(dòng)中的永磁體或電流載體起敏感作用。后來發(fā)展為用線圈組成振蕩槽路的。如探雷器，金屬異物探測(cè)器，測(cè)磁通的磁通計(jì)等.(磁通門，振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì))。

二,霍爾傳感器

霍爾傳感器是依據(jù)霍爾效應(yīng)制成的器件。

霍爾效應(yīng)：通電的載體在受到垂直于載體平面的外磁場(chǎng)作用時(shí)，則載流子受到洛倫茲力的作用，并有向兩邊聚集的傾向,由于自由電子的聚集(一邊多一邊必然少)從而形成電勢(shì)差，在經(jīng)過特殊工藝制備的半導(dǎo)體材料這種效應(yīng)更為顯著。從而形成了霍爾元件。早期的霍爾效應(yīng)的材料Insb(銻化銦)。為增強(qiáng)對(duì)磁場(chǎng)的敏感度,在材料方面半導(dǎo)體IIIV元素族都有所應(yīng)用。近年來，除Insb之外，有硅襯底的，也有砷化鎵的。霍爾器件由于其工作機(jī)理的原因都制成全橋路器件，其內(nèi)阻大約都在150Ω~500Ω之間。對(duì)線性傳感器工作電流大約在2~10mA左右，一般采用恒流供電法。

Insb與硅襯底霍爾器件典型工作電流為10mA。而砷化鎵典型工作電流為2mA。作為低弱磁場(chǎng)測(cè)量，我們希望傳感器自身所需的工作電流越低越好。（因?yàn)殡娫粗車从写艌?chǎng)，就不同程度引進(jìn)誤差。另外，目前的傳感器對(duì)溫度很敏感，通的電流大了，有一個(gè)自身加熱問題。（溫升）就造成傳感器的零漂。這些方面除外附補(bǔ)償電路外，在材料方面也在不斷的進(jìn)行改進(jìn)。

霍爾傳感器主要有兩大類，一類為開關(guān)型器件，一類為線性霍爾器件，從結(jié)構(gòu)形式（品種）及用量、產(chǎn)量前者大于后者?；魻柶骷捻憫?yīng)速度大約在1us量級(jí)。

三，磁阻傳感器

磁阻傳感器，磁敏二極管等是繼霍爾傳感器后派生出的另一種磁敏傳感器。采用的半導(dǎo)體材料于霍爾大體相同。但這種傳感器對(duì)磁場(chǎng)的作用機(jī)理不同，傳感器內(nèi)載流子運(yùn)動(dòng)方向與被檢磁場(chǎng)在一平面內(nèi)。（順便提醒一點(diǎn)，霍爾效應(yīng)于磁阻效應(yīng)是并存的。在制造霍爾器件時(shí)應(yīng)努力減少磁阻效應(yīng)的影響，而制造磁阻器件時(shí)努力避免霍爾效應(yīng)（在計(jì)算公式中，互為非線性項(xiàng)）。在磁阻器件應(yīng)用中，溫度漂移的控制也是主要矛盾，在器件制備方面，磁阻器件由于與霍爾不同，因此，早期的產(chǎn)品為單只磁敏電阻。由于溫度漂移大，現(xiàn)在多制成單臂（兩只磁敏電阻串聯(lián)）主要是為補(bǔ)償溫度漂移。目前也有全橋產(chǎn)品，但用法（目的）與霍爾器件略有差異。據(jù)報(bào)導(dǎo)磁阻器件的響應(yīng)速度同霍爾1uS量級(jí)。

磁阻傳感器由于工作機(jī)理不同于霍爾，因而供電也不同，而是采用恒壓源（但也需要一定的電流）供電。當(dāng)后續(xù)電路不同對(duì)供電電源的穩(wěn)定性及內(nèi)部噪聲要求高低有所不同。

四，磁敏器件應(yīng)用的問題

磁敏器件（單元）體積問題：

在磁敏元件作為檢測(cè)磁場(chǎng)而設(shè)計(jì)和制造的，一般檢測(cè)的概念是：測(cè)量磁場(chǎng)中某一點(diǎn)的磁性。作為點(diǎn)的定義在幾何學(xué)中是無限小的。在磁場(chǎng)檢測(cè)中，由于磁場(chǎng)的面積、體積、縫隙大小等都是有限面積（尺寸），因此我們希望磁敏元件之面積與被測(cè)磁場(chǎng)面積相比也應(yīng)該是越小越準(zhǔn)確。在磁場(chǎng)成像的技術(shù)中，元件體積越小，在相同的面積內(nèi)采集的像素就愈多。分辨率、清晰度越高。在表面磁場(chǎng)測(cè)量與多級(jí)磁體的檢測(cè)中，在磁柵尺中，必然有如此要求。從磁敏元件工作機(jī)理看，為提高靈敏度在幾何形狀處于磁場(chǎng)中的幾何尺寸都有相應(yīng)要求，這與“點(diǎn)”的要求是相矛盾的。在與國外專家技術(shù)交流中得知，1999年俄羅斯專家說他們制成了體積0.6mm得探頭（是幾個(gè)研究所合作搞成的）。美國也有相應(yīng)的產(chǎn)品，售價(jià)約70美元一只。是否是目前水平，未見其它報(bào)導(dǎo)。

發(fā)展特點(diǎn)

1.集成電路技術(shù)的應(yīng)用.將硅集成電路技術(shù)應(yīng)用于磁敏傳感器,制成集成磁敏傳感器.

2.InSb薄膜技術(shù)的開發(fā)成功,使得霍爾器件產(chǎn)能劇增,成本大幅度下降.

3.強(qiáng)磁體合金薄膜得到廣泛應(yīng)用.各種磁阻器件出現(xiàn),應(yīng)用領(lǐng)域廣泛.

4.巨磁電阻多層薄膜的研究與開發(fā).新器件的高靈敏度,高穩(wěn)定性,引起研制高密度記錄磁盤讀出頭的科技人員的極大關(guān)注.

5.非晶合金材料的應(yīng)用.與基礎(chǔ)器件配套應(yīng)用,大大改善了磁傳感器性能.

6.Ⅲ—V族半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的開發(fā)和應(yīng)用.通過外延技術(shù),形成異質(zhì)結(jié)構(gòu),提高磁敏器件的性能.

國外現(xiàn)狀

1.國外磁傳感器的常見種類就市場(chǎng)占有情況來看,國外磁敏傳感器主要品種依然是霍爾元件,磁阻元件.近期的巨磁阻元件也有良好的發(fā)展空間.

2.外磁傳感器的代表廠商:霍爾元件:日本旭化成;日本東芝;美國Honeywell公司;美國Allogro公司.磁阻器件:日本SONY公司;荷蘭PHILIPS公司.

3.國外磁傳感器的應(yīng)用情況磁敏傳感器應(yīng)用的特點(diǎn)是無接觸測(cè)量.

霍爾元件:磁場(chǎng)測(cè)量,做高斯計(jì)(特斯拉計(jì))的檢測(cè)探頭.電流檢測(cè),做電流傳感器/變送器的一次元件.直流無刷電機(jī),用于檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置并提供激勵(lì)信號(hào).集成開關(guān)型霍爾器件的轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)數(shù)測(cè)量.

強(qiáng)磁體薄膜磁阻器件:位移傳感器,主要有磁尺的線性長距離位移測(cè)量.角位移傳感器,主要用語轉(zhuǎn)動(dòng)角度測(cè)量,廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè).

脈沖發(fā)訊傳感器,主要用于流量檢測(cè)和轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)數(shù)測(cè)量,如電子水表和流量計(jì)的發(fā)訊傳感器.

半導(dǎo)體磁阻器件:主要是InSb磁阻器件微弱磁場(chǎng)檢測(cè),主要用于偽鈔識(shí)別脈沖測(cè)量,主要用于轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)數(shù)測(cè)量

國內(nèi)現(xiàn)狀

1.國內(nèi)磁傳感器的常見種類及其特點(diǎn)目前國內(nèi)磁敏傳感器經(jīng)過三十余年的發(fā)展,就基礎(chǔ)器件的研究與開發(fā)情況,除巨磁阻期間存有差距以外,常用其他磁敏傳感器如霍爾元件,磁阻元件等已經(jīng)與國外同類產(chǎn)品的水平相當(dāng).市場(chǎng)上應(yīng)用的國產(chǎn)磁敏傳感器件的種類也與國外產(chǎn)品相當(dāng),依然是霍爾元件,磁阻元件.

2.國內(nèi)磁傳感器件代表廠商霍爾元件:中科院半導(dǎo)體所,沈陽儀表科學(xué)研究院,南京中旭微電子公司.磁阻器件:沈陽儀表科學(xué)研究院(匯博思賓尼斯公司)

3.國內(nèi)磁傳感器的應(yīng)用情況電流傳感器:國內(nèi)包括沈陽儀表科學(xué)研究院(思賓尼斯公司),西南自動(dòng)化所等二,三十家大小不同的企業(yè)在生產(chǎn)和銷售電流傳感器/變送器,其市場(chǎng)競(jìng)爭已經(jīng)白熱化.該領(lǐng)域是國內(nèi)磁敏傳感器應(yīng)用最早,最普及,最成熟的領(lǐng)域.直流無刷電機(jī)領(lǐng)域:InSb霍爾元件為主,主要用于直流無刷電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè),并提供定子線圈電流換向的激勵(lì)信號(hào).目前年需求量在幾億只.價(jià)格確僅有0.3元人民幣左右.該領(lǐng)域是磁敏傳感器用量的領(lǐng)域,但是在國內(nèi)目前未形成工業(yè)化生產(chǎn).流量計(jì)量領(lǐng)域:用于電子水表,電子煤氣表,流量計(jì)等流量發(fā)訊傳感器的低功耗薄膜磁體磁阻器件.日前,該產(chǎn)品由沈陽儀表科學(xué)院匯博思賓尼斯傳感技術(shù)有限公司生產(chǎn),市場(chǎng)空間可觀.該領(lǐng)域是磁敏傳感器國內(nèi)發(fā)展?jié)摿Φ男屡d應(yīng)用領(lǐng)域,目前處于市場(chǎng)成長期.專用測(cè)量儀表:高斯計(jì),用于磁場(chǎng)檢測(cè),在磁性材料生產(chǎn)及應(yīng)用方面用量較多,國內(nèi)有沈陽儀表院思賓尼斯公司,北京師范學(xué)院等幾家公司生產(chǎn),其中思賓尼斯公司的高斯計(jì)已經(jīng)批量出口美國.另外,國內(nèi)的磁敏傳感器在轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)數(shù)測(cè)量,偽鈔識(shí)別等領(lǐng)域,也均有應(yīng)用,但沒有形成規(guī)模.孫仁濤教授提到,目前國內(nèi)磁敏傳感器沒有進(jìn)入汽車生產(chǎn)領(lǐng)域,可謂一大遺憾.

國內(nèi)與國外差距

1.生產(chǎn)規(guī)模小,成本高.

2.部分元件的穩(wěn)定性,可靠性差.

3.實(shí)際應(yīng)用且具規(guī)模的領(lǐng)域少,特別是汽車領(lǐng)域,尚處空白.

4.科研成果轉(zhuǎn)化慢,生產(chǎn)條件配套性差,缺少資金入.