巨磁電阻（GMR）傳感器芯片技術(shù)背景簡(jiǎn)介

GMR技術(shù)

1988年，法國巴黎大學(xué)Fert研究小組在納米結構的磁性多層膜中，發(fā)現膜電阻隨外加磁場(chǎng)發(fā)生巨大變化的現象，較傳統的磁各向異性磁電阻（AMR）大一個(gè)數量級以上，稱(chēng)之為巨磁電阻（GMR）效應。其物理機制與傳導電子自旋散射相關(guān)。

由于GMR效應潛在的巨大實(shí)用價(jià)值，激起了世界范圍的研究熱潮。如今不僅GMR效應龐磁電阻(CMR）、隧道結磁電阻（TMR）、巨磁阻抗（GMI）等各種磁效應的研究都十分踴躍，并逐步在實(shí)用化方面取得一些成就。

伴隨以上效應的發(fā)現和廣泛研究，導致了一門(mén)新學(xué)科的產(chǎn)生，即磁電子學(xué)。該學(xué)科目前已有較多的研究領(lǐng)域，僅就與GMR效應相關(guān)的內容而言，即有OMR（正常磁電阻）、PMR（順行磁電阻）、GMR（巨磁電阻）、CMR（龐磁電阻）、TMR（隧道結效應磁電阻）等，以及與電感、阻抗相關(guān)的GMI（巨磁阻抗）效應，內容十分豐富，性能特點(diǎn)十分突出。人們期待磁電子學(xué)將成為微電子學(xué)的取代者。

巨磁電阻（GMR）傳感器芯片主要是利用具有巨磁電阻效應的磁性納米金屬多層薄膜材料通過(guò)半導體集成工藝與集成電路相兼容的一類(lèi)元器件。巨磁電阻效應自發(fā)現以來(lái)即引起各國企業(yè)界及學(xué)術(shù)界的高度重視，GMR效應已成為當前凝聚態(tài)物理5個(gè)熱點(diǎn)之一。

1994年，美國的NVE公司首先實(shí)現巨磁電阻（GMR）效應的產(chǎn)業(yè)化，并銷(xiāo)售巨磁電阻磁場(chǎng)傳感器。1998年，美國的IBM公司成功地把GMR效應應用在計算機硬盤(pán)驅動(dòng)器上，研制出巨磁電阻（GMR）磁頭。

巨磁電阻（GMR）磁頭的應用帶動(dòng)了計算機產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，打破了信息高速公路圖像傳遞存儲的瓶頸，目前存儲密度已高達56GB/平方英寸。世界GMR磁頭的市場(chǎng)總額每年400億美元。更令人可喜的是，2001年美國的摩托羅拉公司宣布成功研制出GMR磁隨機讀取存儲器，這種存儲器將預示1000億美元的市場(chǎng)容量。

隨著(zhù)人們對GMR效應深入的研究和開(kāi)發(fā)利用，一門(mén)以研究電子自旋作用為主同時(shí)開(kāi)發(fā)相關(guān)特殊用途器件的新學(xué)科---自旋子學(xué)逐漸興起起來(lái)。美國自然科學(xué)基金會(huì )（NSF）提出：自旋子學(xué)科的發(fā)展及應用將預示著(zhù)第四次工業(yè)革命的到來(lái)。

通過(guò)香山科學(xué)會(huì )議，我國制定了GMR高技術(shù)研究開(kāi)發(fā)計劃，并把GMR效應的研究及應用開(kāi)發(fā)列為我國將要重點(diǎn)發(fā)展的七個(gè)領(lǐng)域之一。但是由于技術(shù)、資金及設備等諸多因素，GMR的研究在國內還局限于實(shí)驗室的水平。

巨磁電阻(GMR)傳感器芯片由于其靈敏度高、熱穩定性好而完全可取代霍爾及磁阻（AMR）元件，進(jìn)而廣泛應用在信息、電機、電子電力、能源管理、汽車(chē)、磁信息讀寫(xiě)及工業(yè)自動(dòng)控制等領(lǐng)域。