磁电子学及其应用

深圳市华夏磁电子技术开发磁电子学及其运用

2001年8月5日今天与您分享什么？一、巨磁电阻〔GMR〕效应来源及磁电子学的提出二、GMR技术的中心技术三、GMR技术运用领域及GMR磁传感器的运用四、库万军博士海外留学的主要成果五、工程提出的背景六、立项的动机及意义七、工程的主要历程及进展八、GMR传感器运用的市场前景九、愿与您携手共创未来十、致谢GMR效应的发现及磁电子学确实立1988年，法国巴黎大学，在纳米构造的层间反铁磁巧合的Fe(2nm)/Cr(0.9nm)多层膜中，发现电阻随外磁场而发生宏大变化的景象，此景象定义为巨磁电阻〔GMR〕效应。其物理机制是与传导电子自旋有关散射。1995年，基于GMR研讨而开展成为一门新型的学科---磁电子学。超导资料(CMR)和绝缘资料(TMR)。

GMR效应的来源层间巧合多层膜GMR效应特性曲线自旋阀〔spin-valve)多层膜GMR效应特性曲线优越的GMR磁性薄膜先进的集成电路设计合理的半导体集成工艺GMR技术的中心GMR技术的运用 A.计算机领域(硬盘驱动器作为读出磁头) 1998年，IBM.2000年,磁头市场占有率95%,10亿美圆/季度 B.磁随机存储器2001年，摩托罗拉及IBM公司.1000亿美圆/每年的市场容量 C.磁场传感器1994年，NVE.丈量磁场电流位移及角速度。电子电力及自动化控制 D.全金属计算机及逻辑元件正在研制GMR磁传感器运用领域A.电机〔2000年，深圳3亿只〕，无刷电机转子磁极位置，定子电枢电流转向器，转速检测，过载维护器B.电子电力技术开关电源〔1999年，DC-DC转换器，30亿美圆〕电流传感器—检测，控制及维护。2021年，0.3V—120A变频器过流维护器等C.能源管理电度表，电网的自动检测Ｄ.磁信息读写磁性编码器，读出磁头，验钞机及高级罗盘等Ｅ.汽车工业ＡBS刹车系统，里程表，点火系统。高级轿车需60只Ｆ.工业自动控制，机器人，办公自动化，家电及平安GMR硬盘驱动器磁头构造⊙×WordlineInsulatorSenselineInsulatorSenseCurrent××0State1StateRWordcurrentRWordcurrent*Non-volatility,Lowtimeconstants(lessthan1ns)GMR磁随机存储器的原理GMRRAM和半导体RAM的比较技术半导体存储器（DRAM）GMR存储器（MRAM）结构及密度10-20集成掩膜板2-3集成掩膜板单元大小25F2/bit2F2/bit写入时间10ns<10ns取数时间10ns2ns非易失性10年永久美国国防部2000年报R1R1R2R2VinputVoutputVoutput=Vinput(R1-R2)/(R1+R2)无外磁场外磁场R2R1+BIAS-BIASR2R1GMR惠斯登电桥磁传感器原理层间巧合多层膜GMR磁传感器

GMR传感器优越的性能价钱比国内外对GMR磁场传感器研讨及运用国外的研讨及产业化 美国：IBM，HONEYWELL，NVE，Seagate，Read-write，Motorola 欧洲：PHILIPS，SIMENS，BOSCH 日本：日立制造所，TDK，松下，SONY，东芝等在进展研讨 仅有NVE公司消费和销售。国外的研讨及产业化国内的研讨 九十年代初开场，中科院物理所，北京大学，南京大学，兰州大学，山东大学，电子科技大学，华中理工大学，上海交通大学等。国内仅仅局限于科学研讨及资料制备，最近中科院物理所和中科半导体结合进展磁随机存储器〔MRAM〕的研讨和开发。GMR磁传感器在车辆监控方面运用GMR磁传感器在航运方面运用GMR位移传感器的原理GMR位移传感器的详细运用GMR二维位移磁传感器检测距离(mm)价格温度使用范围（°C）霍尔元件5-----840不大于10020300GMR元件50----200可调20可到300磁接近开关性能价钱的比较GMR角度磁传感器GMR角度磁传感器的输出特性GMR磁传感器在验钞机方面运用GMR生物传感器GMR磁传感器在检测电流方面运用SPIN-VALVE型磁传感器特性GMR磁传感器在开关电源方面的运用几种电流传感器的性能及价钱比较电流种类可测范围耐压范围线性度价格互感线圈交流(100KHz)0—40A高，超高压0.05%15元/只HALL元件（国产）交，直流(100KHz)0.01---35000A低压（1KV）0.1-1%180-15000元/只HALL元件（BELL）交，直流(150KHz)5---3000A低压（1KV）0.1-0.2%15-280美元/只GMR元件交，直流(1MHz)0.001---10000A高，超高压0.05-0.001%10元/只互感线圈用量无法估计，三相电度表年用量600万只。用HALL测电流的年需求量1亿元左右。另外，电流互感器主要用在电源及变頻器。

灵敏度(mV/V*Oe)线性范围(Oe)构造及资料偏磁技术INESC(库万军)0.21±NiFe/CoFe/Cu多层膜CoFe/CoPt双层膜INESC(库万军)0.17±200NiFe/CoFe/Cu多层膜CoPt膜(两矫顽力)INESC(库万军)1.3±20SPIN-VALVE两次堆积INESC(库万军)探测磁场X-Y分量的集成元件INESC(库万军)数字、脉冲型库万军博士海外留学的主要成果21世纪人类跨入信息时代世界信息电子产品将到18000亿美圆美国制定“为了21世纪的信息技术〞〔IT2〕及纳米方案等信息技术三大支柱传感器技术通讯技术计算机技术国家“十五〞规划：实现“中国芯〞到2005年，国内信息电子产品将到20000亿元传感器技术列为国家鼓励重点开展产业工程提出背景GMR传感器市场前景世界：2000年电子信息产品市场13000亿美圆到2005年市场规模到达18000亿美圆，其中计算机类产品为5200亿美圆，通讯类产品为1800亿美圆，消费类电子产品为1600亿美圆，元器件类产品为5000亿美圆。日本：1998年磁传感器年产量达17.18亿只，占传感器产量的39.1%，数量在各类传感器中居首位；年产值1268亿日元，占总份额的25.2%，位居第二位。磁传感器在信息领域里产量占63.8%，产值占75.7%，产量产值均居第一位；在家电领域里产量占38.4%，居第一位；在医疗领域产量占56.7%，居第一位我国：1990年传感器产量已达1亿只，产值5.8亿元，利税1.7亿元；1999年，我国传感器的产量达8.7亿只，产值52亿元，2000年产量达10亿只，产量达60亿元国内磁场传感器市场需求预测产品类别主要应用领域1998年产量（万只）2000年需求2005年需求2010年需求其它传感器类（压温湿气）主要用于工业自动控制系统，自动化仪表，汽车，仓储，交通，航天航空，环保，科研及医疗144230489690磁敏传感器2000300045006000计数器类自动化仪器仪表，汽车，摩托车，自动控制系统，电工仪表及商业674084301060012870中国机电日报2001年3月14日GMR传感器立项的动机磁性薄膜半导体集成在国内开展仅仅是一个迟早问题，“国产化〞责无旁贷。GMR磁场传感器为磁性芯片国产化找到了突破点。建立一个平台，聚集海内外人才，共同开展民族工业经济利益可观优越的性能价钱比宏大市场容量GMR技术是磁性行业开展的前沿科技GMR传感器立项的意义意味着“中国磁性芯片〞这一新型产业确实立GMR磁场传感器=磁性薄膜+纳米技术+半导体集成“磁电子学〞方兴未艾奠定我国磁电子学的运用根底为GMR磁头，随机存储器，薄膜电感，薄膜变压器的国产化奠定根底半导体器件与磁性器件集成在一同，成为能够GMR磁场传感器已列入国家的重点开展工程科技部“香山科技会议〞和国家计委“中国纳米方案〞2000年12月11日，成立深圳市华夏磁电子技术开发，注册资金100万人民币。留学博士两名，中科院研讨员一名，高级工程师多名。2001年6月，融资2000万人民币，增资扩股到3030万人民币。建立国内首条巨磁电阻〔GMR〕磁场传感器芯片消费线，将实现磁性芯片的国产化。工程实施主要历程工程进展情况〔一〕获得证书2000年11月24日，获得深圳市科技局成果处科技成果鉴定2000年12月27日，获得深圳市民营高科技企业证书2001年1月16日，“GMR电流传感器及次级产品开发工程〞获得“深圳市高新技术工程认定证书〞2001年5月，“巨磁电阻〔GMR〕传感器芯片在深圳市方案局及盐田区立项。〔二〕工程申报2001年2月12日，申报深圳市科技方案支持工程，已得到市科技三项经费50万的无偿资助。2001年2月2