磁電子學(xué)及其應(yīng)用

深圳市華夏磁電子技術(shù)開發(fā)磁電子學(xué)及其運(yùn)用

2001年8月5日今天與您分享什么？一、巨磁電阻〔GMR〕效應(yīng)來源及磁電子學(xué)的提出二、GMR技術(shù)的中心技術(shù)三、GMR技術(shù)運(yùn)用領(lǐng)域及GMR磁傳感器的運(yùn)用四、庫萬軍博士海外留學(xué)的主要成果五、工程提出的背景六、立項(xiàng)的動機(jī)及意義七、工程的主要?dú)v程及進(jìn)展八、GMR傳感器運(yùn)用的市場前景九、愿與您攜手共創(chuàng)未來十、致謝GMR效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)及磁電子學(xué)確實(shí)立1988年，法國巴黎大學(xué)，在納米構(gòu)造的層間反鐵磁巧合的Fe(2nm)/Cr(0.9nm)多層膜中，發(fā)現(xiàn)電阻隨外磁場而發(fā)生宏大變化的景象，此景象定義為巨磁電阻〔GMR〕效應(yīng)。其物理機(jī)制是與傳導(dǎo)電子自旋有關(guān)散射。1995年，基于GMR研討而開展成為一門新型的學(xué)科---磁電子學(xué)。超導(dǎo)資料(CMR)和絕緣資料(TMR)。

GMR效應(yīng)的來源層間巧合多層膜GMR效應(yīng)特性曲線自旋閥〔spin-valve)多層膜GMR效應(yīng)特性曲線優(yōu)越的GMR磁性薄膜先進(jìn)的集成電路設(shè)計(jì)合理的半導(dǎo)體集成工藝GMR技術(shù)的中心GMR技術(shù)的運(yùn)用 A.計(jì)算機(jī)領(lǐng)域(硬盤驅(qū)動器作為讀出磁頭) 1998年，IBM.2000年,磁頭市場占有率95%,10億美圓/季度 B.磁隨機(jī)存儲器2001年，摩托羅拉及IBM公司.1000億美圓/每年的市場容量 C.磁場傳感器1994年，NVE.丈量磁場電流位移及角速度。電子電力及自動化控制 D.全金屬計(jì)算機(jī)及邏輯元件正在研制GMR磁傳感器運(yùn)用領(lǐng)域A.電機(jī)〔2000年，深圳3億只〕，無刷電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極位置，定子電樞電流轉(zhuǎn)向器，轉(zhuǎn)速檢測，過載維護(hù)器B.電子電力技術(shù)開關(guān)電源〔1999年，DC-DC轉(zhuǎn)換器，30億美圓〕電流傳感器—檢測，控制及維護(hù)。2021年，0.3V—120A變頻器過流維護(hù)器等C.能源管理電度表，電網(wǎng)的自動檢測Ｄ.磁信息讀寫磁性編碼器，讀出磁頭，驗(yàn)鈔機(jī)及高級羅盤等Ｅ.汽車工業(yè)ＡBS剎車系統(tǒng)，里程表，點(diǎn)火系統(tǒng)。高級轎車需60只Ｆ.工業(yè)自動控制，機(jī)器人，辦公自動化，家電及平安GMR硬盤驅(qū)動器磁頭構(gòu)造⊙×WordlineInsulatorSenselineInsulatorSenseCurrent××0State1StateRWordcurrentRWordcurrent*Non-volatility,Lowtimeconstants(lessthan1ns)GMR磁隨機(jī)存儲器的原理GMRRAM和半導(dǎo)體RAM的比較技術(shù)半導(dǎo)體存儲器（DRAM）GMR存儲器（MRAM）結(jié)構(gòu)及密度10-20集成掩膜板2-3集成掩膜板單元大小25F2/bit2F2/bit寫入時間10ns<10ns取數(shù)時間10ns2ns非易失性10年永久美國國防部2000年報R1R1R2R2VinputVoutputVoutput=Vinput(R1-R2)/(R1+R2)無外磁場外磁場R2R1+BIAS-BIASR2R1GMR惠斯登電橋磁傳感器原理層間巧合多層膜GMR磁傳感器

GMR傳感器優(yōu)越的性能價錢比國內(nèi)外對GMR磁場傳感器研討及運(yùn)用國外的研討及產(chǎn)業(yè)化 美國：IBM，HONEYWELL，NVE，Seagate，Read-write，Motorola 歐洲：PHILIPS，SIMENS，BOSCH 日本：日立制造所，TDK，松下，SONY，東芝等在進(jìn)展研討 僅有NVE公司消費(fèi)和銷售。國外的研討及產(chǎn)業(yè)化國內(nèi)的研討 九十年代初開場，中科院物理所，北京大學(xué)，南京大學(xué)，蘭州大學(xué)，山東大學(xué)，電子科技大學(xué)，華中理工大學(xué)，上海交通大學(xué)等。國內(nèi)僅僅局限于科學(xué)研討及資料制備，最近中科院物理所和中科半導(dǎo)體結(jié)合進(jìn)展磁隨機(jī)存儲器〔MRAM〕的研討和開發(fā)。GMR磁傳感器在車輛監(jiān)控方面運(yùn)用GMR磁傳感器在航運(yùn)方面運(yùn)用GMR位移傳感器的原理GMR位移傳感器的詳細(xì)運(yùn)用GMR二維位移磁傳感器檢測距離(mm)價格溫度使用范圍（°C）霍爾元件5-----840不大于10020300GMR元件50----200可調(diào)20可到300磁接近開關(guān)性能價錢的比較GMR角度磁傳感器GMR角度磁傳感器的輸出特性GMR磁傳感器在驗(yàn)鈔機(jī)方面運(yùn)用GMR生物傳感器GMR磁傳感器在檢測電流方面運(yùn)用SPIN-VALVE型磁傳感器特性GMR磁傳感器在開關(guān)電源方面的運(yùn)用幾種電流傳感器的性能及價錢比較電流種類可測范圍耐壓范圍線性度價格互感線圈交流(100KHz)0—40A高，超高壓0.05%15元/只HALL元件（國產(chǎn)）交，直流(100KHz)0.01---35000A低壓（1KV）0.1-1%180-15000元/只HALL元件（BELL）交，直流(150KHz)5---3000A低壓（1KV）0.1-0.2%15-280美元/只GMR元件交，直流(1MHz)0.001---10000A高，超高壓0.05-0.001%10元/只互感線圈用量無法估計(jì)，三相電度表年用量600萬只。用HALL測電流的年需求量1億元左右。另外，電流互感器主要用在電源及變頻器。

靈敏度(mV/V*Oe)線性范圍(Oe)構(gòu)造及資料偏磁技術(shù)INESC(庫萬軍)0.21±NiFe/CoFe/Cu多層膜CoFe/CoPt雙層膜INESC(庫萬軍)0.17±200NiFe/CoFe/Cu多層膜CoPt膜(兩矯頑力)INESC(庫萬軍)1.3±20SPIN-VALVE兩次堆積INESC(庫萬軍)探測磁場X-Y分量的集成元件INESC(庫萬軍)數(shù)字、脈沖型庫萬軍博士海外留學(xué)的主要成果21世紀(jì)人類跨入信息時代世界信息電子產(chǎn)品將到18000億美圓美國制定“為了21世紀(jì)的信息技術(shù)〞〔IT2〕及納米方案等信息技術(shù)三大支柱傳感器技術(shù)通訊技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù)國家“十五〞規(guī)劃：實(shí)現(xiàn)“中國芯〞到2005年，國內(nèi)信息電子產(chǎn)品將到20000億元傳感器技術(shù)列為國家鼓勵重點(diǎn)開展產(chǎn)業(yè)工程提出背景GMR傳感器市場前景世界：2000年電子信息產(chǎn)品市場13000億美圓到2005年市場規(guī)模到達(dá)18000億美圓，其中計(jì)算機(jī)類產(chǎn)品為5200億美圓，通訊類產(chǎn)品為1800億美圓，消費(fèi)類電子產(chǎn)品為1600億美圓，元器件類產(chǎn)品為5000億美圓。日本：1998年磁傳感器年產(chǎn)量達(dá)17.18億只，占傳感器產(chǎn)量的39.1%，數(shù)量在各類傳感器中居首位；年產(chǎn)值1268億日元，占總份額的25.2%，位居第二位。磁傳感器在信息領(lǐng)域里產(chǎn)量占63.8%，產(chǎn)值占75.7%，產(chǎn)量產(chǎn)值均居第一位；在家電領(lǐng)域里產(chǎn)量占38.4%，居第一位；在醫(yī)療領(lǐng)域產(chǎn)量占56.7%，居第一位我國：1990年傳感器產(chǎn)量已達(dá)1億只，產(chǎn)值5.8億元，利稅1.7億元；1999年，我國傳感器的產(chǎn)量達(dá)8.7億只，產(chǎn)值52億元，2000年產(chǎn)量達(dá)10億只，產(chǎn)量達(dá)60億元國內(nèi)磁場傳感器市場需求預(yù)測產(chǎn)品類別主要應(yīng)用領(lǐng)域1998年產(chǎn)量（萬只）2000年需求2005年需求2010年需求其它傳感器類（壓溫濕氣）主要用于工業(yè)自動控制系統(tǒng)，自動化儀表，汽車，倉儲，交通，航天航空，環(huán)保，科研及醫(yī)療144230489690磁敏傳感器2000300045006000計(jì)數(shù)器類自動化儀器儀表，汽車，摩托車，自動控制系統(tǒng)，電工儀表及商業(yè)674084301060012870中國機(jī)電日報2001年3月14日GMR傳感器立項(xiàng)的動機(jī)磁性薄膜半導(dǎo)體集成在國內(nèi)開展僅僅是一個遲早問題，“國產(chǎn)化〞責(zé)無旁貸。GMR磁場傳感器為磁性芯片國產(chǎn)化找到了突破點(diǎn)。建立一個平臺，聚集海內(nèi)外人才，共同開展民族工業(yè)經(jīng)濟(jì)利益可觀優(yōu)越的性能價錢比宏大市場容量GMR技術(shù)是磁性行業(yè)開展的前沿科技GMR傳感器立項(xiàng)的意義意味著“中國磁性芯片〞這一新型產(chǎn)業(yè)確實(shí)立GMR磁場傳感器=磁性薄膜+納米技術(shù)+半導(dǎo)體集成“磁電子學(xué)〞方興未艾奠定我國磁電子學(xué)的運(yùn)用根底為GMR磁頭，隨機(jī)存儲器，薄膜電感，薄膜變壓器的國產(chǎn)化奠定根底半導(dǎo)體器件與磁性器件集成在一同，成為能夠GMR磁場傳感器已列入國家的重點(diǎn)開展工程科技部“香山科技會議〞和國家計(jì)委“中國納米方案〞2000年12月11日，成立深圳市華夏磁電子技術(shù)開發(fā)，注冊資金100萬人民幣。留學(xué)博士兩名，中科院研討員一名，高級工程師多名。2001年6月，融資2000萬人民幣，增資擴(kuò)股到3030萬人民幣。建立國內(nèi)首條巨磁電阻〔GMR〕磁場傳感器芯片消費(fèi)線，將實(shí)現(xiàn)磁性芯片的國產(chǎn)化。工程實(shí)施主要?dú)v程工程進(jìn)展情況〔一〕獲得證書2000年11月24日，獲得深圳市科技局成果處科技成果鑒定2000年12月27日，獲得深圳市民營高科技企業(yè)證書2001年1月16日，“GMR電流傳感器及次級產(chǎn)品開發(fā)工程〞獲得“深圳市高新技術(shù)工程認(rèn)定證書〞2001年5月，“巨磁電阻〔GMR〕傳感器芯片在深圳市方案局及鹽田區(qū)立項(xiàng)?！捕彻こ躺陥?001年2月12日，申報深圳市科技方案支持工程，已得到市科技三項(xiàng)經(jīng)費(fèi)50萬的無償資助。2001年2月2