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AMR Sensoren

Einer der am weitesten verbreiteten Magnetfeldsensoren ist der AMR-Sensor. AMR steht für anisotroper Magnetowiderstand. Im Gegensatz zu GMR-Sensoren („giant magnetoresistance“), die komplexe Mehrschichtsysteme erfordern, besticht der AMR-Sensor durch seine Einfachheit: Er besteht aus einer dünnen Permalloyschicht und zur Linearisierung der Kennlinie aufgebrachten Metallbahnen (so genannte Barber-Pole). Die spontane Magnetisierung liegt dabei in Richtung der durch die Formanisotropie festgelegten leichten Achse. Ein Magnetfeld in Richtung der senkrecht dazu stehenden schweren Achse führt zu einer Drehung der Magnetisierung des Permalloystreifens und somit zu einer Änderung seines Widerstandes.

 

AMR

AMR-Sensor.

Kennlinie AMR-Sensor

Ideale Kennlinie eines AMR-Sensors mit bzw. ohne Barber-Pole.

 

AMR-Sensoren sind heutzutage kommerziell von verschiedenen Herstellern verfügbar, entweder als reiner Magnetfeldsensor oder in Verbindung mit einer entsprechenden Ausleseelektronik als Drehzahlsensor o.ä.. In Kooperation mit verschiedenen Herstellern charakterisieren wir AMR-Sensoren insbesondere bezüglich ihres Rauschverhaltens. Desweiteren stellen wir in unserer Arbeitsgruppe eigene AMR-Sensoren her mit der Zielsetzung, maßgeschneiderte Magnetometer für unterschiedlichste Anwendungen zu entwickeln, bei der das extrem niedrige Rauschen von SQUIDs oder Fluxgates nicht gebraucht wird. Desweiteren wollen wir den Einfluss der Herstellungs- und Geometrieparameter auf das Sensorrauschen untersuchen. Die Permalloy-Schichten werden mittels rf-Sputtern hergestellt, die Metallschichten für die Barber-Pole und Kontaktpads können ebenfalls gesputtert oder mit thermischer Verdampfung abgeschieden werden. Die Strukturierung erfolgt mit konventioneller Fotolithografie und nasschemischem oder Ar-Plasma-Ätzen.

Zur Charakterisierung der AMR-Sensoren wurde ein automatisierter Messplatz aufgebaut. Eine typische Kennlinie eines ohne zusätzliche Temperaturbehandlung hergestellten AMR-Sensors ohne Barber-Pole ist im unteren Bild zu sehen.

Magnetowiderstandskurve

Magnetowiderstandskurve eines eigenen, 50 µm-breiten Permalloy-Streifens.