Ein Überblick wird gegeben über die Optimierungen robuster Riesenmagnetoresistenz-Sensoren (GMR-Sensoren) für Anwendungen im Kraftfahrzeug. Die Optimierungen betreffen die Ausrichtung zur Messung von Winkelrotationsgeschwindigkeiten (WRGs) und Winkelpositionen (WPs). Die Eignung der GMR-Sensoren für diese Messungen resultiert aus der Winkelabhängigkeit des GMR-Effekts. Mit zwei zueinander senkrecht ausgerichteten Sensoren können vollständige Umdrehungen von 360 Grad erfaßt werden. Die Herstellung der Sensoren in einer vollständigen Wheatstone'schen Brückenkonstruktion ist in einem Zweistufenprozeß mit getrennter Fertigung der beiden Halbbrücken und in einem Einstufenprozeß mit paralleler Fertigung der beiden Halbbrücken möglich. Der einstufig abgeschiedene Sensor zur WRG-Messung besteht aus den Schichten Ta, Ni80Fe20, dem Austauschvorspannungsmaterial Ir19Mn81, dem künstlichen Antiferromagneten Co90Fe10, Ru, Co90Fe10, Ni80Fe20 und Ta. Die Filme werden durch Magnetröhrenzerstäubung bei einem Feld von 20 kA/m abgeschieden. Die hergestellten Sensoren zeigen eine große Leistungsfähigkeit bei hohen Temperaturen (200 Grad C) und großen Magnetfeldern (> 200 kA/m). Das GMR-Verhältnis liegt zwischen 5,0 % und 5,5 %, die Empfindlichkeit im Nullfeld beträgt 15 (mV/V)/(kA/m), die Hysterese liegt bei unter 0,1 kA/m, und die Offset-Spannung ist vernachlässigbar. Der optimierte Sensor zur WP-Bestimmung besitzt eine hohe Magnetfeldstabilität gegen hohe Felder (200 kA/m), einen Meßbereich von 360 Grad , ein GMR-Verhältnis von 5,0, eine Winkelauflösung von (+/-0,3) Grad bei einem Magnetfeld von 25 kA/m bis 30 kA/m und eine Hysterese von (+/-0,15) Grad. Die beiden Herstellungsverfahren führen zu Sensoren vergleichbarer Leistungsfähigkeit (GMR-Verhältnis und Empfindlichkeit), Die Offset-Spannung und die Drift der Offset-Spannung sind aber Bei den einstufig hergestellten Sensoren sind aber die Werte für die Offset-Spannung (um 30 %) und die Drift der Offset-Spannung (1 Mikro-Volt/V/K im Vergleich zu 20 Mikro-Volt/V/K bis 25 Mikro-Volt/V/K) deutlich niedriger.
Robist GMR sensors for angle detection and rotation speed sensing
Robuste GMR-Sensoren für Anwendungen im Automobil
2001
6 Seiten, 8 Bilder, 10 Quellen
Aufsatz (Konferenz)
Englisch
Robust GMR sensors for angle detection and rotation speed sensing
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