Der AMR-Effekt
Der anisotope
magnetoresistive Effekt (kurz AMR) ist der älteste bekannte Magnetowiderstandseffekt.
Er ist in der Literatur sehr ausführlich
dargestellt worden. Eine neuere Arbeit zur Grenzempfindlichkeit von AMR-Sensoren
finden sie unter Bettner.
Auf dieser Seite wird ein Modell vorgestellt, das dem Praktiker eine Hilfestellung gibt, das Verhalten solcher Sensoren zu verstehen.
Da in AMR-Materialien
der Widerstand vom Winkel zwischen dem Strom und der Richtung der Magnetisierung
abhängt, muß man zwei Vorgänge verstehen:
1. Wie stellt sich die Magnetisierungsrichtung in einem Dünnenschichtstreifen
in einem äußeren Magnetfeldein
2. Wie hängt der Widerstand vom Winkel zwischen Strom und Magnetisierung
ab.
Die Frage 2 läßt sich mit einer einfachen Formel beschreiben:
R = R0 + dR * cos(2*a)
R0 ist der mittlere Widerstand, dR ist die maximale Widerstandsänderung (ca. 1,5%).
Die Bestimmung der Richtung der Magnetisierung im äußeren Magnetfeld ist durch Lösung einer impliziten Gleichung möglich. Dazu möchte ich an dieser Stelle auf die Literatur verweisen. Es gibt aber ein einfaches mechanisches Modell, welches in einem kleinen Video gezeigt wird.Es macht das Verhalten der Magnetisierung und die Widerstandsänderung verständlich.
Erklärung zum Modell
| Rot | der magnetoresistive Streifen |
| Grün | die Magnetisierung (drehbar) |
| Blau | das äußer Magnetfeld |
| Dunkelgrün | die Anisotropie des MR-Streifens (Feder) |
Im Bildhintergrund dargestellt
ist die Kennlinie eine Dünnschichtsteifens und der Arbeitspunkt bei
den verschiedenen Magnetisierungswinkeln. Dieses Modell kann für alle
Magnetfeldrichtungen und Feldstärken verwendet werden. Dieses Video
zeigt aber nur das Verhalten bei zum Streifen senkrechten Magnetfeldern,
die kleiner als die Anisotropiefeldstärke sind (Schwachfeldbetrieb).
Ein Simulationstool
für die Streifenmagnetisierung gibt es hier zum downloaden.
Das Verhalten der Magnetisierung in einem Magnetfeld das größer ist als die Anisotropiefeldstärke (Starkfeldbetrieb) und dessen Richtung sich gleichmäßig dreht zeigt das nächste Video.
Die Kennlinie eines magnetoresistiven Streifens, der durch eine sogenannte Barberpolsruktur linearisiert ist, zeigt ein weiteres Video. Durch die Barberpolstruktur wird der Stromwinkel im Dünnschichtstreifen um 45° gedreht. (Siehe Literatur)
Hiermit sind die Grundelemente verständlich aus denen alle AMR-Sensoren zusammengesetzt sind.
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