推動存儲技術(shù)與傳感技術(shù)變革的TMR

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）磁阻效應(yīng)的應(yīng)用在很多領(lǐng)域都有著身影，作為一類重要且不可替代的技術(shù)已經(jīng)在日常生活、工業(yè)制造、汽車電子和航空航天等各個領(lǐng)域扮演了重要的角色。磁阻傳感最基本的原理都基于最原始的磁阻效應(yīng)，在通有電流的導(dǎo)體上施加磁場導(dǎo)體電阻值會發(fā)生明顯的變化。

TMR指的是隧道磁阻效應(yīng)，在其他幾個相似技術(shù)中有著最明顯最靈敏的的磁阻效應(yīng)，在信息儲存領(lǐng)域和傳感領(lǐng)域推動了技術(shù)變革。

隧道磁阻效應(yīng)推動信息存儲發(fā)展

TMR隧道磁阻效應(yīng)建立在巨磁阻效應(yīng)基礎(chǔ)上，具體來說，隧道磁阻是指在鐵磁—絕緣體薄膜—鐵磁材料中，其穿隧電阻大小隨兩邊鐵磁材料相對方向變化的效應(yīng)。通過施加外磁場可以改變兩鐵磁層的磁化方向，從而使得隧穿電阻發(fā)生變化，導(dǎo)致TMR效應(yīng)的出現(xiàn)。

TMR效應(yīng)具有磁電阻效應(yīng)大、磁場靈敏度高等獨(dú)特優(yōu)勢。相應(yīng)的，不論是其結(jié)構(gòu)復(fù)雜度、成本還是工藝難度，都遠(yuǎn)高于其他磁阻效應(yīng)。

TMR技術(shù)最早的應(yīng)用是在存儲領(lǐng)域，當(dāng)時應(yīng)用在工業(yè)電腦硬盤上，用作磁頭。這一點(diǎn)和GMR類似，不過TMR磁頭進(jìn)一步提高可記錄密度，磁阻型磁頭的應(yīng)用大大促進(jìn)了硬磁盤驅(qū)動器性能的提高。隨著時代發(fā)展對信息的容量，高質(zhì)量的儲存越來越重視，TMR在存儲領(lǐng)域一直有著相關(guān)的應(yīng)用。

基于TMR效應(yīng)制作的磁隨機(jī)存儲器MRAM芯片具有集成度高、非易失性、讀寫速度快、可重復(fù)讀寫次數(shù)大、抗輻射能力強(qiáng)、功耗低和壽命長等優(yōu)點(diǎn)，它既可以做計(jì)算機(jī)的內(nèi)存儲器，也可以做外存儲器。

做外存儲時，基于TMR的MRAM比Flash存取速度更快、功耗更小、壽命更長；做內(nèi)存儲時，基于TMR的MRAM比其他半導(dǎo)體內(nèi)存存取速度更快、抗干擾能力更強(qiáng)。

在未來的存儲發(fā)展中，TMR技術(shù)仍然將在其中發(fā)揮出重要作用，為讀寫速度更快、保留時間更長、存儲密度更高、能耗更低的MRAM提供技術(shù)支持。

向多應(yīng)用普及的隧道磁阻傳感

TMR效應(yīng)具有磁電阻效應(yīng)大、磁場靈敏度高等獨(dú)特優(yōu)勢，在任何磁相關(guān)傳感中也有著廣闊的應(yīng)用空間。與它高技術(shù)門檻相匹配的是，TMR效應(yīng)的傳感器有著絕對碾壓其他效應(yīng)傳感器的參數(shù)指標(biāo)，靈敏度上的領(lǐng)先是數(shù)量級的，磁電阻比在50%以上，響應(yīng)時間上可以到0.1ns水平。

當(dāng)然，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜度、成本還有工藝難度，都很高。目前市面上能提供相應(yīng)產(chǎn)品和技術(shù)的廠商不算多。在成本和技術(shù)難度的制約下，此前TMR傳感應(yīng)用得一直不如AMR傳感和GMR傳感。而且很多場景里，AMR傳感和GMR傳感也能夠勝任。

不過近兩年，市面上可以看到TMR傳感逐漸多了起來，這種結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工藝要求和成本都很高的傳感器隨著材料與元器件以及電路技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在應(yīng)用愈發(fā)廣泛。

在非接觸式電流感測到線性到接近測量等各種應(yīng)用中，TMR的應(yīng)用可以帶來很明顯的優(yōu)勢。這種寬動態(tài)范圍的器件，能以靈敏度范圍迅速響應(yīng)各種變化，同時其最大可承受電流能達(dá)到1000A以上。對于汽車、工業(yè)等領(lǐng)域的需要支持大電流的磁傳感來說，是足夠可靠也足夠精準(zhǔn)的傳感選擇。

在電機(jī)相關(guān)的角度傳感中，TMR能夠進(jìn)行全360°旋轉(zhuǎn)辨別，可實(shí)現(xiàn)均勻磁場角度的精確測量，且只對角度敏感，對外場強(qiáng)度不敏感，在極端溫度下能保證測量的準(zhǔn)確性，性能也是優(yōu)于傳統(tǒng)的線性傳感。

小結(jié)

TMR技術(shù)不僅推動了信息存儲的變革，在磁傳感上也推動了高精度磁傳感的進(jìn)步。隨著TMR技術(shù)的進(jìn)一步迭代，TMR傳感在自動化技術(shù)、家用電器、商標(biāo)識別、衛(wèi)星定位、導(dǎo)航系統(tǒng)以及精密測量技術(shù)方面會鋪開更多應(yīng)用。