磁敏传感器

磁敏传感器姓名：专业班级：学号：摘要磁敏传感器是利用半导体材料中的自由电子或空穴随磁场改变其运动方向这一特性而制成的传感器件。磁敏传感器一般被用来检测磁场的存在、变化、方向以及磁场强弱，以及可引起的磁场变化物理量。目前的传感器的品种很多，例如霍尔器件，磁敏二极管、三极管，半导体型磁敏电阻器件，以及AMR、GMR磁敏传感器，GMI（巨磁阻抗）传感器等。一．国外现状1．国外磁传感器的常见种类就市场占有情况来看，国外磁敏传感器主要品种依然是霍尔元件、磁阻元件。近期的巨磁阻元件也有良好的发展空间。2．外磁传感器的代表厂商：霍尔元件：日本旭化成；日本东芝；美国Honeywell公司；美国Allogro公司。磁阻器件：日本SONY公司；荷兰PHILIPS公司。3．国外磁传感器的应用情况磁敏传感器应用的最大特点是无接触测量。霍尔元件：磁场测量，做高斯计（特斯拉计）的检测探头。电流检测，做电流传感器/变送器的一次元件。直流无刷电机，用于检测转子位置并提供激励信号。集成开关型霍尔器件的转速/转数测量。强磁体薄膜磁阻器件：位移传感器，主要有磁尺的线性长距离位移测量。角位移传感器，主要用语转动角度测量，广泛应用于汽车制造业。脉冲发讯传感器，主要用于流量检测和转速/转数测量。半导体磁阻器件：主要是InSb磁阻器件。微弱磁场检测，主要用于伪钞识别。脉冲测量，主要用于转速/转数测量。国内现状1．国内磁传感器的常见种类及其特点目前国内磁敏传感器经过三十余年的发展，就基础器件的研究与开发情况，除巨磁阻期间存有差距以外，常用其他磁敏传感器如霍尔元件，磁阻元件等已经与国外同类产品的水平相当。市场上应用的国产磁敏传感器件的种类也与国外产品相当，依然是霍尔元件、磁阻元件。2．国内磁传感器件代表厂商霍尔元件：中科院半导体所，沈阳仪表科学研究院，南京中旭微电子公司。磁阻器件：沈阳仪表科学研究院（汇博思宾尼斯公司）3．国内磁传感器的应用情况电流传感器：国内包括沈阳仪表科学研究院（思宾尼斯公司）、西南自动化所等二、三十家大小不同的企业在生产和销售电流传感器/变送器，其市场竞争已经白热化。该领域是国内磁敏传感器应用最早、最普及、最成熟的领域。直流无刷电机领域：InSb霍尔元件为主，主要用于直流无刷电机转子位置检测，并提供定子线圈电流换向的激励信号。目前年需求量在几亿只。价格确仅有0.3元人民币左右。该领域是磁敏传感器用量最大的领域，但是在国内目前未形成工业化生产。流量计量领域：用于电子水表、电子煤气表、流量计等流量发讯传感器的低功耗薄膜磁体磁阻器件。日前，该产品由沈阳仪表科学院汇博思宾尼斯传感技术有限公司生产，市场空间可观。该领域是磁敏传感器国内最具发展潜力的新兴应用领域，目前处于市场成长期。专用测量仪表：高斯计，用于磁场检测，在磁性材料生产及应用方面用量较多，国内有沈阳仪表院思宾尼斯公司、北京师范学院等几家公司生产，其中思宾尼斯公司的高斯计已经批量出口美国。另外，国内的磁敏传感器在转速/转数测量、伪钞识别等领域，也均有应用，但没有形成规模。三．磁敏传感器的应用1.研究的意义和价值磁敏传感器具有非接触测量、高可靠、坚固耐用、测量灵敏度高等基本特点。众所周知，磁场能够穿透许多非金属物质材料，因此无须直接接触目标物体就可触发交换过程。通过使用磁性导体（比如铁），磁场即可被传导到较远的距离，于是，信号就能从温度较高的区域传送出去。因此，人们把磁场、电流、应力应变、温度、光等引起敏感元件磁性能的变化转换成电信号，以这种方式来检测相应物理量的器件叫做磁性传感器。它是现代各种测量弱磁场仪器中的核心部件，从这个意义上说，磁性传感器技术实际上就是一种弱磁场技术。由磁性传感器为核心的数十种测量弱磁场的仪器，在国民经济、科学技术、军事医学等领域里发挥着极其重要的作用。它们不但用于检测磁场的大小和方向，而且还和永磁体等组合，用于位置、速度、角度、温度、电流等各种非磁学量的非接触检测，在工农业生产、管理、办公自动化中担负着日益重要的检测和控制功能的作用；在资源开发、能源节能、环保、医疗卫生等领域里也发挥着极其重要的作用。2.磁敏传感器的工作原理磁敏传感器，顾名思义就是感知磁性物体的存在或者磁性强度(在有效范围内)这些磁性材料除永磁体外，还包括顺磁材料(铁、钴、镍及其它们的合金)当然也可包括感知通电(直、交)线包或导线周围的磁场。（1）传统的磁检测中首先被采用的是电感线圈为敏感元件。特点正是无须在线圈中通电，一般仅对运动中的永磁体或电流载体起敏感作用。后来发展为用线圈组成振荡槽路的。如探雷器，金属异物探测器，测磁通的磁通计等.(磁通门，振动样品磁强计)。（2）霍尔效应：通电的载体在受到垂直于载体平面的外磁场作用时，则载流子受到洛伦兹力的作用，并有向两边聚集的倾向,由于自由电子的聚集(一边多一边必然少)从而形成电势差，在经过特殊工艺制备的半导体材料这种效应更为显著。从而形成了霍尔元件。早期的霍尔效应的材料Insb(锑化铟)。为增强对磁场的敏感度,在材料方面半导体IIIV元素族都有所应用。近年来，除Insb之外，有硅衬底的，也有砷化镓的。霍尔器件由于其工作机理的原因都制成全桥路器件，其内阻大约都在150Ω~500Ω之间。对线性传感器工作电流大约在2~10mA左右，一般采用恒流供电法。（3）Insb与硅衬底霍尔器件典型工作电流为10mA。而砷化镓典型工作电流为2mA。作为低弱磁场测量，我们希望传感器自身所需的工作电流越低越好。（因为电源周围即有磁场，就不同程度引进误差。另外，目前的传感器对温度很敏感，通的电流大了，有一个自身加热问题。（温升）就造成传感器的零漂。这些方面除外附补偿电路外，在材料方面也在不断的进行改进。（4）霍尔传感器主要有两大类，一类为开关型器件，一类为线性霍尔器件，从结构形式（品种）及用量、产量前者大于后者。霍尔器件的响应速度大约在1us量级。3.磁敏传感器的发展特点（1）集成电路技术的应用.将硅集成电路技术应用于磁敏传感器,制成集成磁敏传感器。（2）InSb薄膜技术的开发成功,使得霍尔器件产能剧增,成本大幅度下降。（3）强磁体合金薄膜得到广泛应用.各种磁阻器件出现,应用领域广泛。（4）巨磁电阻多层薄膜的研究与开发.新器件的高灵敏度,高稳定性,引起研制高密度记录磁盘读出头的科技人员的极大关注。（5）非晶合金材料的应用.与基础器件配套应用,大大改善了磁传感器性能。（6）Ⅲ—V族半导体异质结构材料的开发和应用.通过外延技术,形成异质结构,提高磁敏器件的性能。4磁敏传感器的应用磁敏传感器中，霍尔元件及霍尔传感器的生产量是最大的。它主要用于无刷直流电机（霍尔电机）中，这种电机用于磁带录音机、录像机、XY记录仪、打印机、电唱机及仪器中的通风风扇等。另外，霍尔元件及霍尔传感器还用于测转速、流量、流速及利用它制成高斯计、电流计、功率计等仪器。磁敏传感器是传感器产品的一个重要组成部分,随着我国磁敏传感器技术的发展,其产品种类和质量将会得到进一步发展和提高,进军汽车,民用仪表等这些量大面广的应用领域即将实现.国产的电流传感器,高斯计等产品日前已经开始走入国际市场,与国外产品的差距正在快速缩小。四．结束语“我们不可否认国产磁敏传感器在其产品种类、产品质量及其应用领域中与国外磁敏传感器的差距，但是，我们也看到了国产磁敏传感器打入国际市场的势头与决心。”某教授曾说说，“我们有理由相信我们自己的产品，有理由相信我们自己的那些为磁敏传感器的发展而不懈努力的科技工作者！”