Spinabhangige Magnetoresistive Sensoren GMR-Effekt

Ein Sensor (Messgrößen-)Aufnehmer oder (Mess-)Fühler ist ein technisches Bauteil, das bestimmte physikalische oder chemische Eigenschaften (Wärmestrahlung, Temperatur, Feuchtigkeit, Druck, Schall, Helligkeit oder Beschleunigung) oder die stoffliche Beschaffenheit seiner Umgebung qualitativ oder als Messgröße quantitativ erfassen kann. Diese Größen werden mittels physikalischer oder chemischer Effekte erfasst und in weiterverarbeitbare Größen (meist elektrische Signale) umgewandelt. Geräte, die eine Energieform (z. B. Strahlung) in eine andere (z. B. elektrische Spannung) umwandeln, heißen Wandler.

In Sensoren werden elektromechanische, optomechanische und optoelektronische Möglichkeiten zur Meßwertaufnahme genutzt, wobei die ingenieurmäßige Anwendung der Physik im Sensor ein besonderes Merkmal der Feinwerktechnik ist.

Die elektrische Meßtechnik umfasst auch die Technik, die erlaubt, daß verschiedene pysikalischen Effekte zur Messung nichtelektrischer Effekte herangezogen werden.

Dabei steuert oder erzeugt die nichtelektrische Größe das elektrische Signal des jeweiligen Aufnehmers, Gebers, Fühlers, Detektors oder Sensors.

Es gibt aber Fälle, wenn bei ein und demselben Aufnehmer oder Sensor jeweils verschiedene Einflußgrößen wirksam sind:

der elektrische Widerstand eines Leiters z.B. ist sowohl von der Temperatur als ach von mechanischen Spannungen abhängig. Soll die Temperatur gemessen werden, sind mechanische Spannungen zu vermeiden. Umgekehrt müssen bei der Dehnungsmessung die Temperatureinflüsse herauskorrigiert werden.

Der Einfluss eines von außen angelegten Magnetfeldes auf das elektrische Verhalten eines Festkörpers (z.B. seinen elektrischen Widerstand) variiert sehr stark, je nachdem welcher der oben benannten Effekte wirkt. Obwohl magnetoresistive Effekte (insb. der AMR-Effekt) bereits Mitte des 19. Jahrhunderts bekannt waren (Entdeckung des AMR-Effektes 1857 durch William Thomson (1.Baron Kelvin)), wurde eine technische Nutzung erst gegen Ende der Sechziger Jahren möglich bspw. im Bereich der Sensorik (AMR-Sensor) erst zu Beginn der achtziger Jahre.

Vergleich von MR-Effektgrößen der unterschiedlichen Wirkungsmechanismen.

AMR: R/R=3…..4%

TMR: R/R< 50%

GMR: R/R=6….100%

Der GMR-Effekt ( „ Riesenmagnetwiderstand “) wird in Strukturen beobachtet, die aus sich abwechselnden magnetischen und nichtmagnetischen dünnen Schichten mit einigen Nanometern Schichtdicke bestehen. Der Effekt bewirkt, dass der elektrische Widerstand der Struktur von der gegenseitigen Orientierung der Magnetisierung der magnetischen Schichten abhängt, und zwar ist er bei Magnetisierung in entgegengesetzte Richtungen deutlich höher als bei Magnetisierung in die gleiche Richtung.