當今的磁感測器應用無所不在。他們可以用於測量車輪的旋轉速度,為汽車實現防鎖死系統;讀取固定磁碟上的資料,以及偵測金屬元件上的細微裂紋。各種可能的應用極其豐富,同時也需要個別的感測器設計,才能為所有的這類應用進行測量。

這種感測器由交變磁層與非磁層的微結構堆疊組成,每一層的厚度僅幾奈米(nm)。在外部磁場的影響下,這些堆疊的電阻值持續發生轉變。儘管巨磁阻效應徹底變了感測器,仍然留下了一個問題:感測器所在的磁場強度正從某種狀態切換至另一個固定值。

因此,DESY的科學家開發出一種製造技術,能夠控制感測器層的磁性。藉由這一過程,它能夠「調整」在堆疊中切換每一單層所需的磁場強度。此外,還可以調整每一層的優先磁向,以因應相應設計的需要。這使其能以個別的特性建置大量的各種感測器類型。DESY研究人員暨該研究作者Kai Schlange解釋,「現在,經常必須調整應用以適應感測器的特性。而我們能夠客製感測器,以因應應用的需求。」

這種新的感測器技術基礎在於「斜入射沉積」(OID)。透過OID過程,已知的單層得以在任何基板上形成各種磁材料。藉由改變沉積的角度,研究人員們能夠確定某個磁層是否應該在外部磁場¬¬¬¬——例如0.5 millitesla時或只在磁場強度更高百倍時進行切換。

研究人員指出,這種技術的應用不僅針對磁單層,同時也適用於高層數的多層堆疊。生產這種多層的系統可在真空下進行。透過採用X射線的光源進行實驗,研究人員們能夠在多層堆疊中精確地偵測出每一單層的磁特性。因此,他們能夠證實,OID使其得以植入任何複雜度的磁結構,並以高精確度移植至擴展的堆疊中。

「這項技術能夠製造出訊號更精確的磁感測器,而且包含較以往更多的資訊,」主導這項研究的Ralf Röhlsberger解釋,「它明顯提高了測量旋轉運動的精確度,從根本上促成更安全的馬達、驅動系統以及引擎控制,特別是如果這些引擎是在極端條件下作業的。」

編譯:Susan Hong

(參考原文:Coating technology enables customized magnetic sensors,by Christoph Hammerschmidt)