基于非对称巨磁阻抗效应的高灵敏度地磁传感器关键技术研究

高精度地磁监测对地磁传感器的灵敏度、分辨率以及微型化要求越来越高。巨磁阻抗效应磁传感器具有高分辨率、高灵敏度、良好温度特性和易于集成等特点，非常适合高精度地磁检测要求，引起国内外广泛关注。然而巨磁阻抗效应在零场呈对称性，造成巨磁阻抗传感器在零场附近敏感度不高。采用非对称性巨磁阻抗（AGMI）效应能很好的解决该传感器在零场附近敏感度不高的问题。本研究从纳米晶软磁材料研究入手，采用多层耦合的方法控制薄膜的偏置场得到AGMI效应，应用Slonczewski自由电子模型研究这种层间交换耦合对薄膜偏置场的影响机理，并运用微磁学理论，结合Maxwell方程组和兰道-里夫息兹-吉伯特(Landau-Lifshitg-Gilert)方程对薄膜进行计算机模拟计算，研究AGMI效应的物理本质，解决高灵敏度地磁传感器关键技术问题。

非对称巨磁阻抗（AGMI）效应能改变巨磁阻抗(GMI)效应对磁场敏感的对称性特点，从而提高GMI传感器的灵敏度。本项目从巨磁阻抗效应材料入手，通过材料制备实验和模型仿真模拟，(1)研究了单层FeCo基软磁薄膜材料的性能，(2)对多层FeCo系纳米晶软磁薄膜特性进行了模拟，(3)研究了退火工艺对薄膜及薄带材料性能的影响，(4)分析并建立了考虑退磁场作用的薄带材料的理论模型，(5)对非对称巨磁阻抗效应的理论模拟和结构进行了优化研究，(6)建立了巨磁阻抗效应性能测试平台。研究结果表明，单层FeCo基软磁薄膜材料的巨磁阻抗效应并不明显，当经过退火处理后，能显著提高材料的巨磁阻抗效应，并且通过加入硬磁薄膜材料作为GMI传感器的偏置磁场源的方法，获得明显的AGMI效应。该课题的研究为后续GMI传感器应用的关键技术问题的完全解决提供了思路和方向。