CC BY
27
УДК 621.317.365
КВАДРАТИЧНИЙ ДЕТЕКТОР СТРУМУ НА ОСНОВ1 МАГН1ТОРЕЗИСТИВНОГО ЕЛЕМЕНТУ
Ткачук О.О., Костюк М.П., Вунтесмер1 Вал.С.
Розглянуто квадратичный детектор струму на основI феромагнтног плгвки. Про-аналгзовано зв'язок м\ж и структурою та фгзичними явищами. Выведений закон квадратичног залежностг струму, що надае б\льш точш результати детектування.
Магнггш плавки е объектом штенсивних дослщжень, оскшьки сприяють ршенню фундаментальних проблем физики магштних явищ та розвитку теорп феромагнетизму. Вивчення ф1зичних властивостей тонких феромаг-штних шпвок (ФП) актуально \ з точки зору IX практичного застосування в мжроелектрошщ та обчислювальнш технщь
Розглянемо ФП, по якш протжае струм. Сама по соб^ вона е квадратичним детектором струму. Спочатку розглянемо ФП з однорщною та анизотропною структурою (рис.1), яка слугуе основою для теоретичних дослщжень та розу-мшня наявних явищ. Отже маемо ФП прямокут-но1 форми довжиною 1, шириною а та товщиною 8, по якш тече струм I. У випадку плавки з однородною та анизотропною структурою розподш густини струму по товщиш шпвки 8 е величиною сталою (рис.2), оскшьки товщина плавки знач-но менше глибини скш-слою. Струм, що протжае у пл^вщ, створюе навколо не! магштне поле , яке до-р^внюе нулю в центра плавки \ зростае при набли-женш до и поверхш, де набувае максимального значения Ьтах, а над ал [ спадае обернено пропорцшно до Рис. 3 вщсташ вщ поверхш плавки (рис.3). Постшна складова при цьому дор^в-нюе нулю. Оскшьки створити плавку з однородною структурою неможли-во, надал^ розглядатимемо ФП з неоднородною структурою. Вщповщно [ розподш густини струму вже не буде сталою величиною (див. рис. 4).
Рис. 1
JlA
5/2
5/2 ^Хз
Рис. 2
п - 5/2
0 5/2 Хз
а)
Рис.4
б)
В^ник Нащонального техтнного ушверситету Украши "КП1" 103
Серiя -Радютехмка. Радюапаратобудування.-2008.-№37
На рис. 4 по ос ординат вщкладена нормована величина - вщношення ДШСН01 густини струму до густини струму ФП з однородною структурою. Рис. 4а вщповщае випадку, коли значення питомого опору збшьшуеться з наближенням до тдкладки, а рис. 4б - навпаки.
/г г Н
а) б)
Рис. 5
Розподш магнитного поля в середина ФП в такому випадку буде також залежати вщ питомого опору - див. рис.5, де значення постшно!' складово! магнитного поля Л0 вже не дор^внюе нулю, так на рисунку 5а воно додатне, а на 5 б - вщ'емне. Для врахування цього паразитного ефекту вводиться ко-
ефвдент асиметрп: КАС = . Цей коефвдент враховуе несиметричшсть
| тах |
плавки по товщиш. Зазвичай його значення в межах 0,2^0,3. Струм можна виразити через магштне поле та периметр ФП:
/ = Лтах(2а + 28) (1)
Виразимо з формули (1) максимальне значення магнитного поля Лтах, зважаючи на те що плавки можна розглядати як об'екти з двом^рною гео-
метр^ею (8<<а): Лтах = —. Зважаючи, що — = 1§ - поверхневий струм,
2а
а
отримаемо густину струму: ]1 = = —. Зробивши необхщш перетво-
а • 8 8
1с
рення визначаемо максимальне магнiтне поле: Лтах =-§§-. Далi виразимо постшну складову магнитного поля через коефщент асиметрп та поверхневий струм: Л0 = КАП —. Помножимо чисельник та знаменник на значен-
2
ня 8 при цьому в наведеному вище вираз^ з'являеться усереднене по товщиш значення густини струму:
8 • Зх
Л = К
АС
2
(2)
Дал^, припустимо, що по ФП тече змшний струм, питомш отр плавки змшюеться в залежносл вщ руху вектора намагшченосл - магнггорезис-тивний ефект, внаслщок детектування на кшцях плавки з'явиться напруга:
104 В^ник Нащонального техшчного ушверситету Украти "КП1"
Серiя -Радютехмка. Радюапаратобудування.-2008.-№37
U = —J E01dl, де E01 - напружешсть продетектованого поля, яке в свою
0
через постшну складову магштного поля h0: 121 - тензор магшторезистивно! сприятливостi
чергу виражаеться
Ел = ^2Ке(Эе121^2J*), де Эе
ФП. Враховуючи (2), отримуемо кiнцеву формулу, яка пов'язуе напружешсть магштного поля з густиною струму квадратичною залежшстю:
01
1 S | |2
2Ке(Эе121 • KAC ^ • Ш )
Квадратична залежшсть мiж напруженiстю магнiтного поля та густиною струму позбавляе явищ змiшування гармонiк або вторинного спектру,
що притаманне детекторам струму на дюдах. Л1тература
1. Суху Р. Магнитные тонкие пленки: Пер. с англ. М.: Мир, 1967. 422 с.
2. Праттон М. Тонкие магнитные пленки / Л.: Судостроение, 1967
3. Кукуев В.И., Миттова И.Я., Домашевская Э.П. Физические методы исследования тонких пленок и поверхностных слоев. Изд. Воронежского ун-та, 2001. 143с.
Ключов1 слова: магшторезистивний елемент, феромагнетик, детектор струму
Ткачук А.О., Костюк М.П., Вунтесмери Вал.С. Квадратичный детектор тока на основе магниторезистивный элемент Рассмотрен квадратичный детектор тока, в основе которого лежит ферромагнитная пленка. Проанализирована связь между структурой пленки и физическими явлениями в ней. Выведен закон квадратичной зависимости тока, что позволяет добиться более точных результатов детектирования. Tkachuk O.O, Kostiuk M.P., Vountesmeri Val.S. Quadratic detector of current based on magnetoresistive element The quadratic detector of current has been considered. The ferromagnetic tape is the base of quadratic detector. Relations between structure and physical effects in tape have been analyzed. The law of quadratic dependence has been deduced. This law allows us to get more accurate results of detection.
BicHUK Нащонального техтчногоутверситету Украши "КП1" 105 Серiя -Радютехтка. Радюапаратобудування.-2008.-№37
