ỘI ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ _ LÊ KHẮC QUYNH LÊ KHẮC QUYNH NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CẢM BIẾN TỪ TRƯỜNG CĨ KÍCH THƯỚC MICRO-NANO DẠNG CẦU WHEATSTONE DỰA TRÊN HIỆU ỨNG TỪ-ĐIỆN TRỞ DỊ HƯỚNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LIỆU VÀ LINH KIỆN NANÔ Hà Nội – 2020 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ LÊ KHẮC QUYNH ĐẠI HỌC HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CẢM BIẾN TỪ TRƯỜNG CĨ KÍCH THƯỚC MICRO-NANO DẠNG CẦU WHEATSTONE DỰA TRÊN HIỆU ỨNG TỪ-ĐIỆN TRỞ DỊ HƯỚNG Chuyên ngành: Vật liệu linh kiện nanô Mã số: 944012801.QTD LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LIỆU VÀ LINH KIỆN NANÔ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Đỗ Thị Hương Giang TS Trần Mậu Danh Hà Nội – 2020 LỜI CẢM ƠN Trước tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới PGS.TS Đỗ Thị Hương Giang, TS Trần Mậu Danh, người thầy, người hướng dẫn tận tình, đầy hiệu quả, trau dồi cho em kiến thức đại cương chuyên sâu lĩnh vực nghiên cứu, thường xuyên dành cho em bảo, giúp đỡ vật chất tinh thần suốt trình nghiên cứu thực đề tài Sự nhiệt huyết động viên kịp thời thầy cô động lực quan trọng giúp em hoàn thành luận án, có lúc tưởng chừng em bỏ Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới GS TS NGND Nguyễn Hữu Đức, TS Bùi Đình Tú, người thầy theo dõi, khuyến khích việc nghiên cứu em đóng góp nhiều ý kiến chun mơn sâu sắc cho em suốt trình nghiên cứu hoàn thiện luận án Em xin chân thành cảm ơn thầy, cô khoa Vật lý kỹ thuật cơng nghệ nanno; thầy, Phịng Thí nghiệm Trọng điểm Công nghệ Micro-Nano, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội có nhiều giúp đỡ NCS chuyên môn sở vật chất Em xin cảm ơn anh chị nghiên cứu sinh, học viên cao học khoa tham gia thảo luận, góp ý nhiều vấn đề chi tiết trình nghiên cứu đề tài Trong trình triển khai nghiên cứu, NCS nhận giúp đỡ to lớn quan nhà nước, phòng, viện nghiên cứu khoa học Tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành tới: Phòng Đào tạo Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội; Khoa Vật lý, Phịng Đào tạo, Phịng Tổ chức Hành chính, Trường ĐHSP Hà Nội Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới anh em, bạn bè gần xa người thân gia đình động viên, tạo điều kiện để luận án hoàn thành Luận án thực với tài trợ kinh phí từ Đề tài Khoa học cơng nghệ cấp Đại học Quốc gia Hà Nội mã số QG.16.26, QG.16.89 Tác giả luận án Lê Khắc Quynh LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu cá nhân Các số liệu, kết nêu luận án trung thực Các nội dung liên quan đến công bố chung sử dụng luận án cho phép đồng tác giả Tác giả luận án Lê Khắc Quynh Mục lục DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU i DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ix MỞ ĐẦU TỔNG QUAN VẬT LIỆU SẮT TỪ MỀM VÀ CẢM BIẾN TỪ TRƯỜNG 1.1 1.2 1.3 1.4 Tổng quan vật liệu sắt từ 1.1.1 Vật liệu sắt từ 1.1.2 Vật liệu sắt từ mềm NiFe 10 1.1.3 Vật liệu có hiệu ứng từ-điện trở dị hướng 12 Các cảm biến từ trường dựa vật liệu sắt từ mềm 13 1.2.1 Cảm biến từ trường dựa hiệu ứng cảm ứng điện-từ 13 1.2.2 Cảm biến từ trường dựa hiệu ứng từ-điện trở khổng lồ 14 1.2.3 Cảm biến từ trường dựa hiệu ứng từ-điện trở xuyên hầm 15 1.2.4 Cảm biến từ trường dựa hiệu ứng Hall phẳng 16 1.2.5 Cảm biến dựa hiệu ứng từ-điện trở dị hướng 18 1.2.6 Hiện tượng nhiễu cảm biến 23 1.2.7 So sánh loại cảm biến từ trường cấu trúc micro-nano 24 Mạch cầu Wheatstone thiết kế cảm biến đo từ trường 27 1.3.1 Mạch cầu điện trở Wheatstone 27 1.3.2 Ưu điểm mạch cầu Wheatstone 28 1.3.3 Mạch cầu Wheatstone thiết kế cảm biến từ trường 29 1.3.4 Mạch cầu Wheatstone thiết kế cảm biến AMR luận án 30 Đối tượng, mục tiêu nội dung nghiên cứu 32 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu 32 1.4.2 Mục tiêu nghiên cứu 33 1.4.3 Nội dung nghiên cứu 33 1.5 Kết luận Chương 34 CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 35 2.1 2.2 2.3 Chế tạo màng mỏng cảm biến 35 2.1.1 Thiết kế chế tạo mặt nạ cảm biến 36 2.1.2 Quang khắc chế tạo cảm biến 43 2.1.3 Phún xạ màng mỏng 47 2.1.4 Hàn dây cho thiết bị cảm biến 50 Đo đạc khảo sát đặc trưng cảm biến 52 2.2.1 Khảo sát cấu trúc vi cấu trúc 52 2.2.2 Khảo sát tính chất từ vật liệu màng mỏng 55 2.2.3 Khảo sát tính chất từ-điện trở 58 Kết luận Chương 61 NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA MÀNG NiFe 62 3.1 3.2 3.3 3.4 Nghiên cứu cấu trúc vi cấu trúc màng NiFe 62 3.1.1 Phân tích thành phần phương pháp EDX 62 3.1.2 Khảo sát chiều dày màng mỏng hiển vi điện tử FE-SEM 63 3.1.3 Nghiên cứu cấu trúc tinh thể phương pháp đo nhiễu xạ tia X 64 Nghiên cứu tính chất từ màng mỏng NiFe 65 3.2.1 Sự phụ thuộc vào từ trường ghim (Hpinned) 65 3.2.2 Sự phụ thuộc vào hình dạng 66 3.2.3 Sự phụ thuộc vào tỉ số kích thước dài/rộng (L/W) 68 3.2.4 Sự phụ thuộc vào chiều dày 68 Tính chất từ-điện trở màng mỏng NiFe 70 3.3.1 Sự phụ thuộc vào từ trường ghim (Hpinned) 70 3.3.2 Sự phụ thuộc vào tỉ số kích thước dài/rộng (L/W) 73 3.3.3 Sự phụ thuộc vào chiều dày 73 Kết luận Chương 75 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO CẢM BIẾN TỪ TRƯỜNG DẠNG CẦU WHEATSTONE DỰA TRÊN HIỆU ỨNG TỪ-ĐIỆN TRỞ DỊ HƯỚNG .76 4.1 4.2 4.3 Tính tốn, mơ tối ưu cấu hình thiết kế cảm biến 76 4.1.1 Tối ưu thiết kế tỉ số dị hướng hình dạng điện trở 76 4.1.2 Tối ưu cách ghép đa điện trở nhánh cầu 78 Chế tạo cảm biến với cấu trúc tối ưu 85 4.2.1 Cảm biến kích thước milimet (nhóm 1) 85 4.2.2 Cảm biến kích thước micro-milimet (nhóm 2) 86 4.2.3 Cảm biến kích thước micromet (nhóm 3) 88 Khảo sát tín hiệu điện áp độ nhạy cảm biến cầu Wheatstone 90 4.3.1 Khảo sát ảnh hưởng tỉ số dị hướng hình dạng lên tín hiệu điện áp độ nhạy cảm biến 90 4.3.2 Khảo sát ảnh hưởng cách mắc điện trở nối tiếp, nối tiếp-song song lên tín hiệu điện áp độ nhạy cảm biến 95 4.3.3 Khảo sát ảnh hưởng đồng thời tỉ số dị hướng hình dạng cách mắc điện trở lên tín hiệu điện áp độ nhạy cảm biến 99 4.4 Kết luận Chương 102 PHÁT TRIỂN KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA CẢM BIẾN DẠNG CẦU WHEATSTONE DỰA TRÊN HIỆU ỨNG TỪ-ĐIỆN TRỞ DỊ HƯỚNG 104 5.1 5.2 5.3 Cảm biến đo hướng từ trường Trái đất 104 5.1.1 Lựa chọn cảm biến 104 5.1.2 Thực nghiệm kết 105 Cảm biến sinh học 108 5.2.1 Cảm biến phát hạt từ tính nano 108 5.2.2 Cảm biến phát phần tử sinh học 113 Kết luận Chương 119 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 121 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 122 TÀI LIỆU THAM KHẢO 124 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Bảng trích xuất số thơng số vật lý với màng mỏng nano NiFe với phần trăm Ni khác công thức NixFe1- x so sánh với vật liệu khác [3, 72, 73, 120, 127] 11 Bảng 1.2 Bảng so sánh độ nhạy tỉ số S/N [8, 27, 30] số loại cảm biến đo từ trường cấu trúc màng mỏng nano dựa vật liệu sắt từ 24 Bảng 1.3 Dải làm việc loại cảm biến từ [17, 120] 26 Bảng 2.1 Tên mặt nạ ứng với tên cảm biến diễn giải cách ghép tương ứng nghiên cứu luận án 36 Bảng 2.2 Một số thông số kỹ thuật máy khắc laser fiber 39 Bảng 2.3 Các bước làm đế Si/SiO2 49 Bảng 2.4 Các thông số dùng phún xạ lớp màng Ta, NiFe, Cu, SiO2 49 Bảng 2.5 Các thông số mối hàn dây nhôm lựa chọn hàn điện cực cảm biến nghiên cứu luận án 51 Bảng 3.1 Các giá trị: Ms, Hc, Hk, K rút từ liệu đường cong từ hóa mẫu màng nano NiFe với chiều dày khác 70 Bảng 3.2 Các giá trị tỉ số AMR màng với kích thước khác 74 Bảng 4.1 Giá trị R, I, ΔV SH tương ứng với cảm biến nhóm có thơng số khác 94 Bảng 4.2 Giá trị lực kháng từ, điện trở nội, độ lệch điện áp, độ nhạy cảm biến theo đơn vị (mV/Oe) độ nhạy cảm biến theo đơn vị (mV/V/Oe) cảm biến nhóm đo 0,1 mA [96] 99 Bảng 4.3 Các giá trị chiều dày, điện trở, độ lệch điện áp, độ nhạy tương ứng với cấu trúc cảm biến nhóm 3, loại S3-18-sp so sánh với loại S3-6-s, phép đo dòng cấp mA 101 i DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Mơ tả đường cong từ hóa từ trễ vật liệu sắt từ theo từ trường [2] Hình 1.2 Mơ hướng véctơ 𝑀 véctơ 𝐻𝑑 mẫu bị từ hoá Hình 1.3 Trường khử từ bên mẫu hình chữ nhật từ hoá theo phương mặt phẳng (a) vng góc với mặt phẳng (b) Hình 1.4 Đường cong từ trễ theo mơ hình Stonner – Wohlfarth trục khó từ hóa (a) trục dễ từ hóa (b) [99] Hình 1.5 Hình minh họa trật tự từ màng mỏng NiFe với trật tự từ vùng không gian lõi bề mặt Hình 1.6 Các thơng số vật lý phụ thuộc vào tỉ phần Ni(x) gồm: số dị hướng, lực kháng từ (a) [120], tỉ số phần trăm độ thay đổi điện trở suất AMR % (b) [73] màng mỏng NiFe 11 Hình 1.7 Hình minh họa hai cấu hình từ độ (hình trên) sơ đồ mạch điện tương đương (hình dưới) khơng có từ trường ngồi tác dụng (a) có từ trường ngồi tác dụng lên linh kiện GMR (b) 14 Hình 1.8 Minh họa cấu trúc vật liệu có hiệu ứng TMR (a) cảm biến TMR tương ứng (b) [15] 16 Hình 1.9 Minh họa hiệu ứng Hall phẳng cấu trúc màng mỏng 17 Hình 1.10 Minh họa cảm biến Hall phẳng dạng chữ thập [97] 18 Hình 1.11 Hình minh họa để giải thích hiệu ứng AMR (a,b) điện trở suất mẫu vật liệu dịng điện có phương dọc theo từ độ (ρp) vng góc với từ độ (ρorth) (c) [50] 19 Hình 1.12 Mơ tả điện trở suất màng mỏng sắt từ đáp ứng từ trường ngồi 20 Hình 1.13 Minh họa thông số xác định hiệu ứng AMR (a) thay đổi điện trở theo góc θ (b) [102] 20 Hình 1.14 Mơ hình cảm biến AMR dạng vịng xuyến (a) ảnh thực tế (b) [75] 22 Hình 1.15 Mơ tả WB ảnh hưởng từ trường hiệu ứng AMR [96] 28 ii Hình 1.16 Mơ tả cảm biến có cấu trúc WB dạng hình cung trịn (a) hình dài (b) [42] 29 Hình 1.17 Mơ tả cách tạo hiệu ứng AMR cách thay đổi từ trường ngồi hai trường hợp: Happ vng góc với trục dễ song song với dòng điện - ρp (a) Happ song song với trục dễ vng góc với dịng điện - ρorth (b) 31 Hình 1.18 Các dạng cảm biến WB: cấu trúc tổ hợp nối tiếp với điện cực kết nối vật liệu từ tính (a) [41] có điện cực kết nối Cu khơng từ tính (b), mơ hình cảm biến cấu trúc tổ hợp NT-SS (c) 32 Hình 2.1 Quy trình chế tạo cảm biến, linh kiện 35 Hình 2.2 Ảnh hệ khắc laser fiber 37 Hình 2.3 Dạng mặt nạ cảm biến nhóm 1: điện trở (a) điện cực (b) mơ cảm biến hồn thiện (c) 38 Hình 2.4 Mặt nạ kim loại nhôm cảm biến loại S1-1-s S1-3-s nhóm 1: mặt nạ điện trở (a) mặt nạ điện cực (b) 39 Hình 2.5 Dạng mặt nạ cảm biến nhóm 2: mặt nạ cho quy trình chế tạo lớp NiFe làm điện trở (a) mặt nạ cho quy trình chế tạo lớp điện cực (b) minh họa cảm biến sau hoàn thiện (c) 41 Hình 2.6 Dạng mặt nạ cảm biến nhóm 3: mặt nạ điện trở (a), mặt nạ điện cực (b) minh họa cảm biến hoàn thiện (c) 42 Hình 2.7 Hình ảnh thực tế mặt nạ cảm biến nhóm in đế thủy tinh PTN Trọng điểm Công nghệ Micro-Nano (phần khoanh trịn) 43 Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý hệ thiết bị quang khắc MJB4 43 Hình 2.9 Các bước quang khắc luận án [7] 44 Hình 2.10 Mơ hình nguyên lý máy quay phủ Suss MicroTech 45 Hình 2.11 Kính hiển vi quang học AX10 PTN Trọng điểm Công nghệ MicroNano, Trường ĐHCN, ĐHQG Hà Nội 46 Hình 2.12 Mơ tả sơ đồ nguyên lý hệ phún xạ ATC-2000F PTN Trọng điểm Công nghệ Micro-Nano, Trường ĐHCN, ĐHQG Hà Nội 48 iii Hình 2.13 Ảnh chụp giá đỡ (holder) có từ trường ghim tạo nam châm đặt song song (a) giá đỡ khơng có từ trường ghim (b) 50 Hình 2.14 Thiết bị hàn dây HYBOND Model 626 51 Hình 2.15 Ảnh chụp hệ SEM S-3400N PTN Trọng điểm Công nghệ Micro-nano, Trường ĐHCN (a) hệ Nova nanoSEM 450 Trường Đại học Khoa học Tự nhiên (b), ĐHQG Hà Nội 52 Hình 2.16 Ảnh chụp hệ thiết bị JEOL JSM-7600F ĐH Bách khoa Hà Nội 53 Hình 2.17 Nguyên lý nhiễu xạ tia X (a) minh họa xác định độ rộng nửa đỉnh nhiễu xạ cực đại (b) 53 Hình 2.18 Mơ tả sơ đồ ngun lý hệ đo từ kế mẫu rung Lake Shore 7404 55 Hình 2.19 Một số giao diện cửa sổ tiện ích có phần mềm mơ 56 Hình 2.20 Minh họa khác biệt lưới chia tự động (a) lưới chia can thiệp (b) phần mềm 57 Hình 2.21 Mơ tả sơ đồ đầu đo từ-điện trở phương pháp mũi dò 58 Hình 2.22 Hệ đo hiệu ứng AMR màng mỏng dải đo từ trường lớn 59 Hình 2.23 Hệ đo hiệu ứng từ-điện trở cảm biến thang đo từ trường nhỏ.60 Hình 3.1 Hình ảnh phổ thành phần hóa học màng NiFe sau chế tạo 62 Hình 3.2 Ảnh quan sát chiều dày màng NiFe phún xạ 50 phút 63 Hình 3.3 Giản đồ nhiễu xạ tia X màng NiFe với chiều dày 5, 10, 15, 20 nm 64 Hình 3.4 Đường cong từ trễ tỉ đối mẫu sắt từ với từ trường ghim Oe theo phương song song trực giao (vng góc) với trục dễ từ hóa 65 Hình 3.5 Đường cong từ trễ tỉ đối thu mẫu ghim 900 Oe theo phương song song trực giao với trục dễ từ hóa 66 Hình 3.6 Đường cong từ trễ tỉ đối mẫu đo theo phương dễ từ hóa với hình dạng khác 67 Hình 3.7 Đồ thị so sánh tỉ số Mr/Ms mẫu hình chữ nhật, hình elip hình trịn theo phương dễ phương khó từ hóa .67 iv Hình 3.8 Đường cong từ trễ tỉ đối theo phương dễ từ hóa điện trở có chiều dài khác nhau, chiều rộng mm 68 Hình 3.9 Đường cong từ trễ tỉ đối màng với có chiều dày nm 20 nm (a, b) theo hai phương khác giá trị từ độ, Hk, Hc mẫu với chiều dày khác từ ÷ 20 nm (c, d ) 69 Hình 3.10 Đồ thị tín hiệu điện áp (a) tỉ số từ-điện trở AMR (b) theo phương vng góc song song mẫu chế tạo từ trường ghim 71 Hình 3.11 Đồ thị tín hiệu điện áp (a) tỉ số từ-điện trở AMR (b) theo phương: từ trường tác dụng vng góc với phương ghim song song với phương ghim mẫu NiFe chế tạo từ trường ghim có cường độ 900 Oe 72 Hình 3.12 Đường cong đáp ứng từ trường ngồi tỉ số AMR đo màng có chiều dày tNiFe = 15 nm, chiều dài mm, chiều rộng khác W = 150, 300, 450 μm 73 Hình 3.13 Đáp ứng theo từ trường ngồi tỉ số AMR màng có chiều dài L = mm, chiều rộng 150 μm chiều dày khác tNiFe = 5, 10, 15 nm 74 Hình 4.1 Kết mơ thu màng NiFe có chiều dài 250 μm, chiều rộng thay đổi từ 10 ÷ 100 μm: phân bố cảm ứng từ hiệu dụng bề mặt (a), cảm ứng từ hiệu dụng vật liệu NiFe vẽ dọc theo chiều dài (b) cảm ứng từ hiệu dụng phụ thuộc tỷ lệ chiều dài/chiều rộng (c) 77 Hình 4.2 Mơ nhánh điện trở gồm nối với Cu NiFe (a) tỉ số AMR đáp ứng theo từ trường đo với hai trường hợp điện cực nối khác (b) 79 Hình 4.3 Mơ phân bố cảm ứng từ hiệu dụng điện trở NiFe: điện cực nối Cu (a) điện cực NiFe (b) đồ thị phân bố cảm ứng từ hiệu dụng theo tọa độ (c) 80 Hình 4.4 Mơ ghép tổ hợp gồm điện trở sắt từ NiFe lại gần khoảng cách 20 m cho trường hợp có chiều rộng×dài khác 50×250 μm2 (a,b), 10×250 μm2 (c,d) điện trở loại ghép gần (e) 82 Hình 4.5 Giá trị cảm ứng từ hiệu dụng Beff tính trung bình vị trí khác khoảng cách thay đổi cho trường hợp có chiều v rộng×dài khác nhau: (a) 50×250 μm2 (b) 10×250 μm2 so sánh với trường hợp đơn kích thước tương đương 83 Hình 4.6 Mơ tả WB với cấu trúc khác điện tương đương (hình dưới) với dạng: đơn (a), nối tiếp (b) NT-SS (c) 84 Hình 4.7 Ảnh cảm biến nhóm loại đa điện trở mắc nối tiếp S1-3-s 86 Hình 4.8 Ảnh cảm biến nhóm loại: đơn S2-1-s (a) [1, 4, 5, 6], tổ hợp nối tiếp S2-3-s (b) [6], S2-5-s (c) [6] tổ hợp NT-SS S2-6-sp (d) [1] 87 Hình 4.9 Ảnh quan sát thiết bị SEM S-3400N cảm biến đơn S2-1 kích thước 0,15×4 mm2 (a), ảnh quan sát theo chiều rộng (b) theo chiều dài (c) 88 Hình 4.10 Ảnh cảm biến nhóm 3: cảm biến tổ hợp nối tiếp loại S3-6-s (a), cảm biến tổ hợp NT-SS loại S3-18-sp (b) chụp thiết bị Nova NanoSEM 450 89 Hình 4.11 Ảnh quan sát bề mặt nhánh mạch cầu thiết bị Nova NanoSEM 450 cảm biến nhóm 3: loại S3-6-s (a), loại S3-18-sp (b) 89 Hình 4.12 Đồ thị đáp ứng điện áp lối theo từ trường cảm biến cảm biến dạng đơn S1-1-s, kích thước rộng×dài 1×7 mm2 có chiều dày NiFe khác tNiFe = 5, 10 15 nm, đo dòng cấp mA 91 Hình 4.13 Đường cong đáp ứng ΔV thu cảm biến S1-1-s theo H cảm biến có W = mm L khác nhau, đo dòng cấp mA 92 Hình 4.14 Đường cong đáp ứng thay đổi điện áp lối cảm biến S1-3 theo từ trường vẽ vùng trường lớn (a) nhỏ (b) 93 Hình 4.15 Đường cong đáp ứng điện áp cảm biến theo từ trường ngồi đo dịng mA (a) tín hiệu độ lệch điện áp Vmax linh kiện cảm biến S2-1-s dòng cấp khác (b) [4, 95] 96 Hình 4.16 Đường cong đáp ứng độ lệch điện áp theo từ trường ngồi cảm biến nhóm loại S2-3-s, S2-5-s so sánh với S2-1-s (a) đồ thị mô tả quy luật độ nhạy, lực kháng từ cảm biến tương ứng (b), đo 0,1 mA 96 Hình 4.17 Đường cong đáp ứng độ lệch điện áp theo từ trường ngồi cảm biến nhóm loại S2-3-s, S2-5-s so sánh với S2-1-s đo 0,2 mA 97 vi Hình 4.18 Đường cong tín hiệu độ lệch điện áp đáp ứng theo từ trường ngồi cảm biến nhóm loại S2-6-sp so sánh với S2-1-s, S2-3-s (a) đường cong độ nhạy SH đáp ứng theo từ trường cảm biến tương ứng (b), dòng cấp 0,1 mA 98 Hình 4.19 Đáp ứng theo từ trường độ lệch điện áp (a) độ nhạy dV/dH (b) đo cảm biến nhóm 3, loại S3-18-sp so sánh với loại S3-6-s 101 Hình 5.1 Mơ tả điểm làm việc (điểm A điểm B) cảm biến S3-18-sp 106 Hình 5.2 Thực nghiệm khảo sát đáp ứng điện áp lối cảm biến theo hướng từ trường Trái đất: (a) minh họa góc định hướng từ trường Trái đất Hearth trục từ hóa dễ -EA cảm biến; (b) hệ mâm quay điều khiển tự động khảo sát phụ thuộc góc từ trường Trái đất (cảm biến gắn mâm quay) .107 Hình 5.3 Đáp ứng điện áp lối theo góc từ trường Trái đất chiều dòng điện, đo dòng cấp mA 107 Hình 5.4 Thực nghiệm khảo sát đáp ứng góc cảm biến theo hướng từ trường Trái đất nuôi từ trường nhờ cuộn Helmholtz 107 Hình 5.5 Đáp ứng điện áp lối theo góc từ trường Trái đất chiều dòng điện, đo dịng cấp mA từ trường ni cỡ 9,1 Oe cuộn Helmholtz 108 Hình 5.6 Giản đồ phân bố kích thước hạt từ chitosan đo thiết bị LB – 550, Trường ĐHCN, ĐHQG Hà Nội 109 Hình 5.7 Đường cong từ trễ dung dịch từ - chitosan nồng độ 10 µg/µl (a) [36] Từ độ đo với lượng hạt từ khác 100 Oe (b) 109 Hình 5.8 Minh họa sơ đồ phát hạt từ tính chất lỏng từ sử dụng cảm biến S2-6-sp 112 Hình 5.9 Đáp ứng độ lệch điện áp cảm biến theo thời gian vào lượng hạt từ khác (a) đồ thị độ lệch điện áp cảm biến theo độ lớn từ độ (b) .113 Hình 5.10 Sơ đồ bước chế tạo thẻ sử dụng lần SPA 114 Hình 5.11 Sơ đồ lai sợi đơn ADN đích thẻ SPA (a) Sơ đồ dán nhãn hạt từ streptavidin lên sợi ADN đích có gắn biotin thẻ SPA (b) 115 Hình 5.12 Ảnh FE-SEM hạt từ streptavidin (a) đường cong từ hóa 30 μg hạt từ streptavidin (26 % Fe3O4) đo thẻ SPA (b) 116 vii Hình 5.13 Cấu hình linh kiện AMR phát hạt từ thẻ SPA lai với ADN đích đánh dấu hạt từ: Minh họa thực nghiệm (a), minh họa linh kiện thẻ SPA cuộn Helmholtz (b) minh họa từ trường H nam châm gây từ trường h tán xạ hạt từ (c) 117 Hình 5.14 Độ lệch điện áp cảm biến với thẻ SPA có lượng hạt từ streptavidin khác (a) tín hiệu điện áp linh kiện theo khối lượng hạt sắt từ thẻ SPA (b) 118 Hình 5.15 (a) Sơ đồ mơ tả thí nghiệm phát ADN đích thí nghiệm đối chứng; (b) Độ lệch điện áp lối linh kiện thẻ SPA với lượng ADN khác (c) Đồ thị đáp ứng độ lệch điện áp lối linh kiện vào lượng ADN thẻ SPA 119 viii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 2D chiều 3D chiều α Góc từ độ phương dễ từ hóa β Độ rộng nửa đỉnh nhiễu xạ cực đại γ Góc từ độ ứng suất tác dụng ɛ Tỉ số điện trở η Khối lượng riêng Góc từ độ chiều dòng điện χ Độ cảm từ λs Hệ số từ giảo bão hịa λ Bước sóng tia X o Độ từ thẩm chân không B Độ từ thẩm vật liệu ρ Điện trở suất ∆ Hiệu điện trở suất ρp Điện trở suất theo phương dễ ρorth Điện trở suất theo phương khó ρ0 Điện trở suất ban đầu (khi từ trường 0) ρH Điện trở suất đặt từ trường ngồi có cường độ H tác dụng σ Ứng suất б Góc tia X mặt phẳng mẫu φ Góc từ trường Trái đất dòng điện 16S rARN Tên gen Axit Ribonucleic 16S ribosome ae Bán trục lớn elip ix ADN Phân tử mang thông tin di truyền (Axit Deoxiribonucleic) AMR Từ-điện trở dị hướng APTES Dung dịch (3-Aminopropyl)triethoxysilane be Bán trục nhỏ elip B Cảm ứng từ (BH)max Tích lượng từ cực đại Beff Cảm ứng từ hiệu dụng d Khoảng cách mặt phẳng nguyên tử D Kích thước tinh thể DC Nguồn chiều ĐHCN Đại học Công nghệ ĐHQG Đại học Quốc gia EA Hướng/trục dễ từ hóa Ea Năng lượng dị hướng từ tinh thể Eelastic Năng lượng dị hướng từ đàn hồi Ehd Năng lượng dị hướng hình dạng ∆f Dải tần số FFM Sắt từ tự FM Chất sắt từ (từ tính) GMR Từ-điện trở khổng lồ HA Hướng khó từ hóa H Cường độ từ trường Happ Cường độ từ trường Hc Lực kháng từ Hd Từ trường khử từ Hk Từ trường dị hướng x ⃗⃗⃗⃗𝑜 𝐻 Từ trường ban đầu Hs Từ trường bão hòa từ ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝐻 𝑝𝑎𝑟 Từ trường hạt từ Hpinned Cường độ từ trường ghim ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝐻 𝑡𝑜𝑡 Từ trường tổng cộng Hearth Từ trường Trái đất h Từ trường tán xạ hạt từ I Cường độ dòng điện IDC Cường độ dòng chiều K Hằng số dị hướng từ đơn trục kB Hằng số Boltzmann L Chiều dài điện trở Leff Chiều dài hiệu dụng Lex Độ dài tương tác trao đổi LPTM Lập phương tâm mặt LPTK Lập phương tâm khối 𝑚 ⃗⃗ Mômen từ nguyên tử M Từ độ Ms Từ độ bão hòa kĩ thuật Mr Từ dư MNPs Các hạt từ tính nano n Số dãy điện trở mắc nối tiếp n’ Số nguyên N Hệ số trường khử từ N’ Số vòng dây xi ns Số dãy điện trở mắc nối tiếp (dùng trường hợp riêng) np Số điện trở ghép song song dãy Na Hệ số trường khử từ theo phương bán trục lớn elip Nb Hệ số trường khử từ theo phương bán trục nhỏ elip NM Chất không từ tính NT-SS Nối tiếp-song song PCR Phản ứng/phương pháp khuếch đại gen (Polymerase chain reaction) PDMS Dung dịch Poly dimethyl siloxane PFM Sắt từ bị ghim PHE Hiệu ứng Hall phẳng PM Lớp ghim từ PTN Phịng Thí nghiệm q Điện tích R Điện trở ∆R Hiệu điện trở RDC Điện trở ứng với dòng chiều RF Nguồn xoay chiều Rp Điện trở theo phương dễ Rorth Điện trở theo phương khó R0 Điện trở ban đầu (khi từ trường 0) RH Điện trở đặt từ trường ngồi có cường độ H tác dụng Rtđ Điện trở tương đương Sφ Độ nhạy góc dV/d𝛼 SH Độ nhạy dV/dH S*H Độ nhạy dV/V.dH xii Si-j-ab Kí hiệu cấu trúc cảm biến Sm Diện tích vịng dây Ss Diện tích cảm biến SAA Hợp chất hữu Succinic acid anhydride SI Hệ đo lường quốc tế SI S/N Tỉ số tín hiệu/nhiễu S.suis Liên cầu khuẩn Streptococcus suis t Thời gian T Nhiệt độ tuyệt đối Tt Chu kỳ dao động tuần hoàn tNiFe Chiều dày màng NiFe tsputt Thời gian phún xạ TLTK Tài liệu tham khảo TMR Từ-điện trở xuyên ngầm UVO Tia tử ngoại ozone (Ultraviolet Ozonex) V Điện áp V0 Điện áp ban đầu (khi từ trường 0) VH Điện áp đặt từ trường ngồi có cường độ H tác dụng Vp Điện áp theo phương song song với từ trường ∆V Độ lệch điện áp ∆Vmax Độ lệch điện áp cực đại VS Van-spin VSM Từ kế mẫu rung 𝑉(𝐻 ⃗⃗⃗⃗⃗𝑜 ) Điện áp ban đầu 𝑉(𝐻 Điện áp tổng cộng ⃗⃗⃗⃗⃗𝑜 +𝐻 ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝑝𝑎𝑟 ) xiii Vmax Điện áp cực đại Voffset Điện áp Vin Điện áp đặt vào Vout Điện áp đầu υsputt Tốc độ phún xạ W Chiều rộng điện trở WB Mạch cầu Wheatstone xiv MỞ ĐẦU Ngày nay, phát triển khoa học công nghệ tạo hàng loạt cảm biến kích thước nhỏ cỡ micro triển khai ứng dụng lĩnh vực, sống Sự đời công nghệ spintronic công nghệ nano tạo cảm biến có kích thước micro-nano, tinh vi độ nhạy cao thiết bị lab-on chip, smart phone, smart home, thiết bị tự động hóa [18, 23, 128] Nhiều loại cảm biến, linh kiện khác sử dụng dựa hiệu ứng bán dẫn, siêu dẫn [17, 120], hiệu ứng nhiệt [112], hiệu ứng điện [35, 92], hiệu ứng điện-từ [37, 50, 56, 142], hiệu ứng từ [18-19, 28, 135] Trong số đó, cảm biến dựa hiệu ứng từ thể nhiều ưu điểm độ nhạy cao, độ xác cao, bị ảnh hưởng yếu tố ngoại biên [61, 68, 95] Nhờ chuyển đổi trực tiếp lượng từ thành lượng điện, cảm biến dựa hiệu ứng từ ứng dụng rộng rãi đa dạng nhiều lĩnh vực quân sự, việc định vị GPS [33, 36,137], ứng dụng trong y sinh học phát vi khuẩn lây lan bệnh [65, 71, 87, 111] nhiều ứng dụng dân dụng khác [85, 93, 125, 138] Các loại cảm biến, linh kiện có kích thước micro-nano hoạt động dựa theo nguyên lý hiệu ứng từ bao gồm: từ điện-trở khổng lồ (GMR) [52, 100, 116], từ-điện trở dị hướng (AMR) [86, 101, 104], Hall phẳng (PHE) [16, 67, 88], từ-điện trở xuyên hầm (TMR) [29, 55, 79] Mặc dù linh kiện, cảm biến hoạt động theo nguyên lý hiệu ứng Vật lý khác hầu hết chúng dựa nguyên tắc đo hiệu điện áp lối phụ thuộc vào Happ [32, 34, 41, 56] Với ưu điểm kích thước, độ nhạy cao, dễ dàng tích hợp với linh kiện điện-điện tử, cảm biến từ-điện trở khai thác ứng dụng sâu rộng sống, kể cảm biến GMR [66, 89, 133], cảm biến PHE [78, 102], cảm biến TMR [15, 54, 101] Nhược điểm cảm biến GMR, PHE, TMR có cấu trúc màng mỏng phức tạp, với nhiều lớp vật liệu khác nhau, khó kiểm sốt với lớp có bề dày mỏng, địi hỏi chi phí cao sử dụng thiết bị công nghệ đại hiệu kinh tế chưa cao [62, 109] Đối với linh kiện, cảm biến từ-điện trở kể linh kiện, cảm biến dựa hiệu ứng AMR có cấu trúc vật liệu đơn giản cho độ nhạy, độ phân giải cao, dải tần số làm việc rộng, độ nhạy đạt cỡ mV/Oe [10] cho nhiều ứng dụng vượt trội hẳn đo lường từ trường [17, 103], đo góc định hướng, đo dịng điện độ xác cao (sai số cỡ ± 0,05 %) [63, 91], ốt kế độ xác cao [125], từ kế [94, 103], cảm biến sinh học Xét hiệu kinh tế cảm biến AMR cấu trúc đơn giản nên dễ chế tạo, giá thành rẻ, thiết kế linh hoạt, dễ dàng thích ứng với thiết bị vi điện tử, chủ động thiết kế điều chỉnh công nghệ chế tạo đáp ứng theo đặc thù ứng dụng cụ thể Để đáp ứng mục đích ứng dụng đo lường từ trường thấp, cảm biến phải có độ nhạy cao hoạt động dải từ trường nhỏ (độ nhạy cỡ mV/Oe dải từ trường cỡ Oe), độ phân giải đạt 10-3 Oe trở lên Nghiên cứu từ năm 1951 J Smit cộng [110] vật liệu thỏa mãn yêu cầu thường hợp kim dựa nguyên tố kim loại chuyển tiếp 3d Fe, Ni, Co… vật liệu hợp kim NiFe, NiCo có tính chất từ tính mềm với lực kháng từ (Hc) nhỏ (< 10 Oe), từ độ bão hòa kĩ thuật (gọi tắt từ độ bão hịa, kí hiệu Ms) cao (~ 103 emu/cm3) Nghiên cứu ra, với hợp kim NixFe1-x x = 0,8 ÷ 0,95 cho hiệu ứng AMR cao đạt tới % nhiệt độ phòng [73] Cho đến nay, vật liệu truyền thống NiFe tập trung nghiên cứu chiếm lĩnh đa số thị trường cảm biến thương mại AMR [18, 52, 68] Các nghiên cứu chủ yếu theo hướng tối ưu cấu hình cảm biến, tối ưu thiết kế để nâng cao độ nhạy cảm biến Trên sở tìm hiểu phân tích vật liệu có hiệu ứng từ-điện trở dị hướng, dựa theo điều kiện thực tế sở nghiên cứu, chọn lựa vật liệu Ni80Fe20 đối tượng vật liệu mà luận án nghiên cứu Luận án tập trung vào việc tối ưu thiết kế cấu hình nhằm nâng cao độ nhạy cảm biến Cụ thể, luận án khơng thay đổi tính chất nội vật liệu mà thay đổi thông số vật lý bên ngồi thay đổi tính dị hướng hình dạng, thay đổi từ trường cưỡng (từ trường ghim) nhằm tăng cường tính dị hướng từ đơn trục tăng cường hiệu ứng AMR tăng cường hiệu hoạt động cảm biến Trong thiết kế cảm biến AMR cảm biến dạng mạch cầu Wheatstone (Wheatstone brigde, kí hiệu WB) [102] vừa cho độ nhạy cao vừa cho tỉ số tín hiệu/nhiễu (S/N) lớn nhờ vào đặc tính điện trở mạch cầu có khả tự bù trừ cho giảm tối đa nhiễu Johnson (nhiễu nhiệt) [54, 95] Trong luận án này, sử dụng vật liệu Ni80Fe20 để chế tạo cảm biến dạng WB kích thước micro-nano Định hướng luận án xuất phát từ nghiên cứu bản, hướng tới sản phẩm đóng gói hồn thiện theo số ứng dụng cụ thể lựa chọn luận án Tên đề tài luận án “Nghiên cứu chế tạo cảm biến từ trường có kích thước micro-nano dạng cầu Wheatstone dựa hiệu ứng từ-điện trở dị hướng” Nhiều nghiên cứu nước giới thực hệ vật liệu NiFe dựa hiệu ứng từ khác nghiên cứu cách đầy đủ, có hệ thống đặc biệt tối ưu thiết kế cảm biến AMR có độ nhạy cao dựa việc tính tốn mơ lý thuyết nghiên cứu thực nghiệm, từ triển khai số ứng dụng cụ thể luận án thực Trong trình nghiên cứu thực luận án, nghiên cứu sinh hướng dẫn số khóa luận sinh viên nhóm nghiên cứu Một số kết tính tốn đơn giản báo cáo khóa luận sinh viên Luận án trích dẫn đầy đủ, rõ ràng TỔNG QUAN VẬT LIỆU SẮT TỪ MỀM VÀ CẢM BIẾN TỪ TRƯỜNG Trong Chương 1, luận án tập trung trình bày khái quát vật liệu sắt từ đặc biệt vật liệu màng mỏng nanomet, sâu vào trình bày vật liệu từ mềm NiFe (permalloy), ứng dụng vật liệu sắt từ mềm việc chế tạo linh kiện, cảm biến từ trường dạng màng mỏng cấu trúc nano Luận án tập trung sâu vào trình bày cảm biến AMR, đối tượng mục tiêu luận án 1.1 Tổng quan vật liệu sắt từ 1.1.1 Vật liệu sắt từ Người ta thường dùng độ cảm từ χ đặc trưng cho khả từ hóa vật liệu từ trường để phân loại vật liệu sắt từ Theo cách này, vât liệu từ tính chia làm ba loại: (i) vật liệu nghịch từ, có độ cảm từ âm (χ < độ lớn ~ -10-5), phụ thuộc vào nhiệt độ; (ii) vật liệu thuận từ, có độ cảm từ dương (χ > độ lớn ~ +10-5), phụ thuộc vào nhiệt độ theo định luật Curie; (iii) vật liệu sắt từ có χ > 0, χ ~ +106) Ở nhiệt độ cao nhiệt độ Curie (Tc), trạng thái sắt từ trở thành trạng thái thuận từ [3] Luận án tập trung nghiên cứu chế tạo vật liệu sắt từ mềm NiFe nhiệt độ phòng Các vật liệu sắt từ gọi vật liệu từ tính Trong hệ SI véctơ cảm ⃗ ) có từ trường ngồi (𝐻 ⃗ ) tác dụng biểu diễn công ứng từ vật liệu (𝐵 thức (1.1) [2, 3, 96]: ⃗ = 𝜇0 (𝐻 ⃗ +𝑀 ⃗⃗ ) 𝐵 (1.1) ⃗ : véctơ cảm ứng từ, μo = 4π.10-7 (H/m): độ từ thẩm chân không, 𝐻 ⃗ véctơ đó, 𝐵 ⃗⃗ véctơ từ độ vật liệu cường độ từ trường 𝑀 Sự khác chủ yếu vật liệu từ cứng từ mềm mô tả đường cong từ trễ VSM đặc trưng (Hình 1.1): (i) vật liệu sắt từ cứng từ dư (Mr) lực kháng từ Hc lớn nhiều so với vật liệu sắt từ mềm (vật liệu sắt từ cứng có độ từ dư lực kháng từ cỡ kOc cung cấp PTN Vật liệu nano - Y sinh, Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Biểu đồ phân bố kích thước hạt hạt từ chitosan đo thiết bị LB – 550 (Horiba, Nhật Bản) Trường ĐHCN, ĐHQG Hà Nội thể Hình 5.6 108 Hình 5.6 Giản đồ phân bố kích thước hạt từ chitosan đo thiết bị LB – 550, Trường ĐHCN, ĐHQG Hà Nội Hình 5.7 Đường cong từ trễ dung dịch từ - chitosan nồng độ 10 µg/µl (a) [36] Từ độ đo với lượng hạt từ khác 100 Oe (b) Tính chất từ hạt từ nano từ nghiên cứu đường cong từ hóa M(H) hệ đo VSM Lake shore 7404 Hình 5.7a đường cong từ trễ thu 50 µg hạt từ Fe3O4 nồng độ 10 µg/µl dải từ trường -2000 Oe ÷ +2000 Oe Từ độ bão hịa Ms xác định cỡ khoảng 17 emu/g [36] Từ độ dư Mr ~ lực kháng từ Hc ~ 0, nghĩa dung dịch từ chitosan chất siêu thuận từ Từ đường cong từ trễ đo với lượng hạt 50µg Hình 5.7a, tiến hành đo với lượng hạt khác 10µg, 30µg, từ trường 100 Oe, ta vẽ phụ thuộc từ độ vào khối lượng hạt chitosan hình 5.8b Kết thu tuyến tính từ độ vào khối lượng hạt từ từ trường 100 Oe, từ độ dốc đường cong từ hóa, ta tính từ độ dung dịch 100 Oe emu/g 109 5.2.1.b Lựa chọn cảm biến Ứng dụng quan trọng cảm biến từ trường ứng dụng làm cảm biến sinh học thông qua việc phát hạt từ nano (MNPs) có gắn với phần tử sinh học Việc phát hạt từ tính thực cách đo độ tăng giảm điện áp thu linh kiện có xuất hạt từ tính bề mặt linh kiện Yêu cầu cảm biến phải có độ nhạy đủ lớn so với giá trị tiêu chuẩn mV/V/Oe để phát hạt từ có từ trường cỡ μemu [36, 95] Trong ứng dụng này, dùng thử nghiệm cảm biến để phát hạt từ Fe3O4-chitosan với nồng độ khác 3, 6, 10 μg/μl Khi phát hạt từ có nồng độ thấp cảm biến ngồi có độ nhạy cao cịn địi hỏi phải có diện tích vùng nhạy từ đủ lớn để chứa dung dịch hạt Trong loại linh kiện chế tạo được, linh kiện thích hợp với mục đích linh kiện thuộc nhóm nhóm Trong đó, cảm biến loại tổ hợp nối tiếp cho tín hiệu lớn linh kiện loại đơn nhiều lần linh kiện tổ hợp lại có nhược điểm điện trở lớn nên nhiệt lượng tỏa cảm biến đa lại lớn (Q = I2.R.t, I dịng điện, R điện trở, t thời gian), kết hợp với dịng điện tăng nhiễu Johnson tăng lên nhanh Nhược điểm khắc phục nhờ cảm biến tổ hợp NT-SS, cảm biến thích hợp cảm biến S2-6-sp, tổ hợp NT-SS gồm điện trở (kích thước L = 3,2 mm, W = 150 μm, tNiFe = nm), độ nhạy 3,06 mV/V/Oe (tại 0,1 mA) (xem Hình 4.8d Hình 4.18) Cảm biến vừa có độ nhạy lớn vừa có điện trở nội nhỏ nên nhiễu nhỏ cho tỉ số S/N lớn 5.2.1.c Sơ đồ thực nghiệm nguyên lý phát hạt từ (MNPs) Sơ đồ hệ đo phát hạt từ tính đưa Hình 5.8 Cảm biến nam châm vĩnh cửu đặt cố định cuộn Helmholtz Từ trường nam châm sinh cỡ 100 Oe vùng hoạt động cảm biến theo phương thẳng đứng vng góc với từ trường cuộn Helmholtz, có tác dụng từ hóa hạt từ [36, 96] Cuộn Helmholtz cung cấp từ trường làm việc với cường độ Ho = 1,7 Oe để cảm biến đạt độ nhạy cao Từ trường sinh hạt từ (Hpar) đóng góp vào từ trường tổng cộng (Htot) tác dụng lên cảm biến theo công thức: ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝐻 𝑡𝑜𝑡 = 𝐻𝑜 + 𝐻𝑝𝑎𝑟 110 (5.1) Khi có mặt hạt từ, thay đổi từ trường tác dụng lên cảm biến dẫn đến thay đổi điện áp lối 𝛥𝑉 cảm biến theo công thức: 𝛥𝑉 = 𝑉(𝐻 − 𝑉(𝐻 ⃗⃗⃗⃗⃗𝑜 +𝐻 ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗⃗⃗𝑜 ) 𝑝𝑎𝑟 ) (5.2) 𝑉(H ⃗⃗⃗⃗⃗o ) điện áp chưa có hạt từ gọi Tùy thuộc lượng đóng góp từ tính hạt từ mà thay đổi điện áp cảm biến có hạt từ khác Trong phép thực nghiệm này, để chứa lượng dung dịch hạt từ, chúng tơi tạo giếng dạng hình hộp vật liệu plastic khơng từ tính, có kích thước (dài×rộng×cao) (3,2×3,2×0,5) mm3 gắn lên phía nhánh nhạy từ mạch cầu (là nhánh từ trường ghim định hướng dọc theo chiều dài từ trở) (xem Hình 5.8) Trong quy trình chế tạo cảm biến, bề mặt cách điện lớp màng bảo vệ SiO2 Giếng tạo nhằm mục đích khống chế dung dịch hạt từ nằm vùng không gian giếng Ở đây, dùng dụng cụ micropipet để nhỏ trực tiếp lượng dung dịch hạt từ MNPs có nồng độ khác lên giếng Trong phép đo này, cảm biến cấp dòng I = 0,1 mA Khi khơng có mặt hạt MNPs độ nhiễu trung bình cảm biến ước tính khoảng 𝑉 (𝐻𝑜 ) = μV Do đó, muốn phát hạt từ có mặt hạt từ, tín hiệu cảm biến phải tăng gấp đôi giá trị μV Kết cho thấy, nhỏ hạt từ vào giếng với nồng độ khác nhau, tín hiệu cảm biến tăng nồng độ hạt MNPs tăng (lượng hạt MNPs tăng) (Hình 5.9a) Kết tính tốn với lượng hạt từ có khối lượng 0,84 µg, cho độ lệch tín hiệu cảm biến ∆V1 = 13,0 μV, với lượng hạt từ 1,69 µg ∆V2 = 21,8 μV lượng hạt 2,81 µg độ lệch tín hiệu cảm biến ∆V3 = 33,9 μV, tương ứng Từ kết từ độ hạt MNPs emu/g từ trường 100 Oe ta tính từ độ tương ứng với lượng hạt trường hợp là: 2,52; 5,06 8,43 μemu (Hình 5.9b) Từ Hình 5.9b, cho ta phụ thuộc tuyến tính hồn tồn tín hiệu cảm biến vào từ độ hạt MNPs Giới hạn phát cảm biến xác định điểm mà tín hiệu cảm biến thay đổi có hạt MNPs phải cao nhiễu (giao điểm đường tín hiệu đường nền) Từ Hình 5.9b, ta tính giá trị cỡ 0,56 μemu, giới hạn thấp khoảng vài lần so với báo cáo gần cho cảm biến AMR [44, 95] thấp 33 lần so với giá trị 18,7 μemu báo cáo Volmer cộng với cảm biến PHE dựa permalloy [71] So với cảm biến Hall dựa cấu trúc van-spin sử dụng vật liệu NiFe Tiến sĩ Bùi Đình Tú cơng bố [8] 111 phát hạt từ Dynabeads®M-280 (độ lệch điện áp 2,2 µV) cảm biến chúng tơi có tín hiệu gấp cỡ lần Cịn so sánh với cảm biến Hall Louise Ejsing [26] công bố giới hạn phát cảm biến luận án tương đương Hình 5.8 Minh họa sơ đồ phát hạt từ tính chất lỏng từ sử dụng cảm biến S2-6-sp Hình 5.9 Đáp ứng độ lệch điện áp cảm biến theo thời gian vào lượng hạt từ khác (a) đồ thị độ lệch điện áp cảm biến theo độ lớn từ độ (b) Giá trị so sánh với giá trị độ nhạy cảm biến từ-điện [36] Một cách khác để so sánh độ nhạy cảm biến phát hạt từ so sánh tỉ số từ độ giới hạn phát chia cho diện tích cảm biến Với cảm biến loại S26-sp này, giới hạn từ độ phát có giá trị cỡ 194×10-15 emu/m2 Kết thấp cỡ bậc cảm biến GMR công bố J Devkota [21, 22] thấp lần so với giá trị 920×10-15 emu/m2 cảm biến sinh học dựa hiệu 112 ứng GMR báo cáo nhóm Wei Wang [130], so sánh với giá trị 72,5×10-15 emu/m2 cảm biến báo cáo Gungun Lin [66] Ở lưu ý rằng, phép khảo sát ứng dụng cảm biến thực nhiều lần để đánh giá độ lặp lại tín hiệu cảm biến Sau lần khảo sát, cảm biến phải vệ sinh sẽ, bảo quản cẩn thận, kĩ phải chuẩn hóa lại phép đo đường cong V(H) Cụ thể, dùng đầu đo Hall, phép đo lần sau phải khử từ không “zero offset” Khi khảo sát ứng dụng đo từ trường, cần phải chọn điểm làm việc tốt cảm biến tức chọn giá trị từ trường để cảm biến có độ nhạy cao nhất, ta cần phải khảo sát lại đường cong V(H) để chọn điểm làm việc cho lần đo 5.2.2 Cảm biến phát phần tử sinh học 5.2.2.a Tính cấp thiết việc phát gen cầu khuẩn gây bệnh viêm màng não Liên cầu khuẩn Streptococcus suis (S suis) loại vi khuẩn gây bệnh lợn lây sang người tiếp xúc trực tiếp với lợn nhiễm bệnh Nếu không phát điều trị kịp thời, vi khuẩn gây bệnh viêm màng não dẫn đến tử vong Hiện Việt Nam, bệnh viêm màng não chủ yếu chẩn đoán dựa triệu chứng lâm sàng xét nghiệm vi sinh cho tỷ lệ dương tính tỷ lệ thấp Có hai yếu tố định đến tỷ lệ ni cấy dương tính vận chuyển bảo quản dịch não tủy không bệnh nhân dùng kháng sinh trước xét nghiệm Do đó, người ta thường dùng phương pháp khuếch đại gen PCR [131] để tăng khả phát nguyên nhân gây bệnh viêm màng não nói chung phát vi khuẩn S Suis nói riêng Trong trường hợp nồng độ gen đặc trưng vi sinh vật gây bệnh thấp, phát khuếch đại phương pháp PCR sản phẩm PCR dùng tiếp cho thí nghiệm đánh dấu lai ADN với đầu dò đặc hiệu cảm biến sinh học Cảm biến sinh học dựa việc phát ADN vi khuẩn gây bệnh hoạt động dựa nguyên lý lai ADN đầu dò (trên cảm biến) với ADN vi khuẩn gây bệnh hai sợi có trình tự bổ sung với [121] 113 5.2.2.b Thẻ sử dụng lần gắn đầu dò sinh học ADN (thẻ SPA) Thẻ sử dụng lần có gắn đầu dị sinh học kết hợp với cảm biến hướng nghiên cứu mẻ nhiều ưu điểm vượt trội so với cảm biến sinh học truyền thống Trong cảm biến truyền thống, đầu dò ADN gắn trực tiếp bề mặt cảm biến, điều làm hỏng cảm biến ảnh hưởng đến chất lượng cảm biến sau lần đo, gây nên tốn làm giá thành lần đo tăng lên Chính vậy, việc chế tạo nghiên cứu thẻ sử dụng lần có gắn đầu dị sinh học hướng nghiên cứu mẻ nhiều ưu điểm vượt trội như: (i) không làm ảnh hưởng đến linh kiện sau lần đo linh kiện sử dụng nhiều lần; (ii) phát nhiều loại mẫu bệnh phẩm khác với thẻ khác mang đầu dò khác đặc hiệu cho vi khuẩn; (iii) việc chế tạo thẻ sử dụng lần tương đối đơn giản chi phí thấp Thẻ sử dụng lần gọi tên SPA (SPA/SAA/APTES/PDMS/Si) chế tạo từ phiến silic có kích thước 1,5×1,5 mm2 gắn đầu dò sinh học sợi đơn ADN đặc hiệu cho gen 16S rARN liên cầu khuẩn lợn Streptococcus suis (S suis) gây bệnh viêm màng não Thẻ SPA chế tạo theo bước sơ đồ Hình 5.10 [44] Cụ thể: quay phủ PDMS đế silic sau PDMS xử lý tia tử ngoại ozon (UVO) để hình thành nhóm hydroxyl bề mặt Màng PDMS sau chiếu UVO nhúng vào dung dịch APTES % ethanol Sau đó, nhỏ dung dịch SAA 200mM pH lên bề mặt đế để hình thành nhóm carboxyl bề mặt gọi đế carboxyl Đế carboxyl cố định đầu dò SPA gọi thẻ SPA Hình 5.10 Sơ đồ bước chế tạo thẻ sử dụng lần SPA 114 5.2.2.c Lai ADN đích gắn hạt từ vào sợi ADN đích Sợi đơn ADN cần phát gọi ADN đích (trình tự lấy từ ngân hàng gen National Center for Biotechnology Information-NCBI) Một đầu, sợi ADN đích lai với đầu dị SPA thẻ ADN đích có trình tự bổ sung với đầu dị SPA Đầu cịn lại, sợi ADN đích có đầu gắn với phần tử hữu biotin Do biotin liên kết đặc hiệu với streptavidin nên sợi ADN đích liên kết với hạt từ bọc streptavidin (Hình 5.11) Hạt từ streptavidin ủ thẻ SPA để liên kết với sợi ADN đích có đính biotin Rửa thẻ SPA để loại bỏ hạt từ không liên kết với ADN đích thẻ SPA, sau thẻ đo tín hiệu điện áp cảm biến AMR [44] Hình 5.11 Sơ đồ lai sợi đơn ADN đích thẻ SPA (a) Sơ đồ dán nhãn hạt từ streptavidin lên sợi ADN đích có gắn biotin thẻ SPA (b) 5.2.2.d Tính chất hạt từ streptavidin Hạt từ dùng để gắn với ADN đích hạt siêu thuận từ thương mại Dynabeads® MyOne™ Streptavidin C1 có kích thước µm, có nồng độ 10 μg/μl bọc polyme gắn đơn lớp protein streptavidin bề mặt (hạt từ streptavidin) (Hình 5.12a) Khảo sát tính chất từ hạt streptavidin (ferrite chiếm 26 % khối lượng hạt) hệ đo từ kế mẫu rung Lake Shore 7404, đường cong từ hóa 30 µg hạt từ streptavidin thẻ thể Hình 5.12b Từ kết thu ta thấy, từ độ bão hòa hạt từ đạt 23 emu/g thể tính chất siêu thuận từ Trong 115 dải từ trường nhỏ khoảng 30 Oe, từ độ đạt khoảng 2,86 emu/g (hình nhỏ chèn bên góc phải) Hình 5.12 Ảnh FE-SEM hạt từ streptavidin (a) đường cong từ hóa 30 μg hạt từ streptavidin (26 % Fe3O4) đo thẻ SPA (b) 5.2.2.e Lựa chọn cảm biến phát phần tử sinh học Trong phép thực nghiệm này, đánh giá cảm biến việc phát hạt từ lai hóa phần tử sinh học gắn thẻ sử dụng lần mang đầu dò đặc hiệu cho gen 16S rARN liên cầu khuẩn Streptococcus suis Với đặc điểm thẻ SPA trình bày trên, cảm biến lựa chọn phải có độ nhạy cao, cấu trúc đơn giản để thao tác kích thước cảm biến phù hợp với thẻ SPA Với thử nghiệm ứng dụng này, cảm biến mà luận án nghiên cứu, cảm biến phù hợp cảm biến loại đơn S2-1-s (xem Hình 4.8a, cảm biến có chiều dài L = mm, chiều rộng W = 150 μm, chiều dày nm), độ nhạy 2,15 mV/Oe (tương đương với độ nhạy 1,75 mV/V/Oe) [44] 5.2.2.f Sơ đồ thực nghiệm nguyên lý phát hạt từ Sơ đồ thực nghiệm phát tổ hợp hạt từ-ADN thẻ sử dụng lần linh kiện AMR thiết kế Hình 5.13a Hình 5.13b 116 Hình 5.13 Cấu hình linh kiện AMR phát hạt từ thẻ SPA lai với ADN đích đánh dấu hạt từ: Minh họa thực nghiệm (a), minh họa linh kiện thẻ SPA cuộn Helmholtz (b) minh họa từ trường H nam châm gây từ trường h tán xạ hạt từ (c) Vị trí cảm biến nam châm vĩnh cửu cố định cuộn Helmholtz Trong cấu hình này, hạt từ từ hóa theo phương thẳng đứng từ trường khoảng 30 Oe tạo nam châm vĩnh cửu Thẻ SPA đánh dấu hạt từ đặt trực tiếp lên cảm biến Nguyên lý phát hạt từ tương tự nguyên lý phát hạt từ chitosan trình bày mục 5.2.1 5.2.2.g Khảo sát phụ thuộc tín hiệu điện áp cảm biến vào lượng hạt từ thẻ SPA Kết cho thấy điện áp lối cảm biến theo khối lượng hạt từ thẻ SPA không đặt thẻ đặt thẻ khơng có hạt từ khơng có bước nhảy điện áp (Hình 5.14a) Khi thẻ SPA có lượng hạt từ streptavidin khác bước nhảy điện áp khác tăng tuyến tính theo lượng hạt từ streptavidin (Hình 5.14b) Trong thực nghiệm này, lượng hạt từ streptavidin thực với giỏ tr khong 1,2 ữ 4,8 àg, st từ chiếm 26 % khối lượng hạt từ streptavidin nên ta tính khối lượng hạt sắt từ nằm linh kiện tương ứng 312 ÷ 1248 ng Hệ số góc đường tuyến tính 181 µV/µg Như vậy, giới hạn phát linh kiện AMR 1,2 µg hạt từ streptavidin thẻ SPA, tương đương với 312 ng 117 sắt từ hay 3,4 µemu So sánh với kết nghiên cứu gần hạt siêu thuận từ Fe3O4 công bố Volmer năm 2015 với cảm biến dựa hiệu ứng Hall phẳng phát 9,35 µg hạt [71] cảm biến biến luận án phát lượng hạt nhỏ cỡ 30 lần So sánh với cảm biến GMR công bố năm 2016 Nan Yang [134] cảm biến luận án tương đương Hình 5.14 Độ lệch điện áp cảm biến với thẻ SPA có lượng hạt từ streptavidin khác (a) tín hiệu điện áp linh kiện theo khối lượng hạt sắt từ thẻ SPA (b) 5.2.2.h Khảo sát phụ thuộc tín hiệu điện áp cảm biến vào lượng sợi đơn AND đích Thẻ SPA sau lai với lượng ADN đích với mẫu khác 4,5; 9; 18 pmol dán nhãn hạt từ đưa lên linh kiện AMR để đo tín hiệu (Hình 5.15a) Để khẳng định thông qua việc phát hạt từ, ta xác định xác nồng độ ADN vi khuẩn gây đích ta cần khảo sát tín hiệu cảm biến với đối chứng Ở đây, thực đo tín hiệu với đối chứng: đối chứng 1- thẻ SPA khơng có ADN đích; đối chứng 2- thẻ SPA với ADN đối chứng SF (có trình tự khơng bổ sung với đầu dị khơng có biotin; đối chứng - thẻ khơng có đầu dị SPA với ADN đích Kết Hình 5.15b cho thấy trường hợp thẻ SPA ủ với ADN đích sau đánh dấu từ cho tín hiệu điện áp đáng kể Tín hiệu tăng gần tuyến tính với lượng ADN đích (Hình 5.15c) Giới hạn phát linh kiện khoảng 4,5 pmol sợi đơn ADN đích 118 Hình 5.15 (a) Sơ đồ mơ tả thí nghiệm phát ADN đích thí nghiệm đối chứng; (b) Độ lệch điện áp lối linh kiện thẻ SPA với lượng ADN khác (c) Đồ thị đáp ứng độ lệch điện áp lối linh kiện vào lượng ADN thẻ SPA Như vậy, hệ cảm biến sinh học gồm linh kiện AMR thẻ SPA mang dò đặc hiệu cho gen 16S rARN liên cầu khuẩn S suis (thẻ SPA) phát sợi đơn ADN đích có trình tự bổ sung với đầu dị, với giới hạn phát 4,5 pmol ADN 5.3 Kết luận Chương Kết nghiên cứu Chương tập trung theo hướng: hướng thứ thử nghiệm đánh giá độ nhạy cảm biến đo từ trường Trái đất hướng thứ hai thử nghiệm cảm biến phát phần tử sinh học Kết thu sau: Ứng dụng đo từ trường Trái đất: sử dụng cảm biến NT-SS S3-18-sp (kích thước 10250 m2, tNiFe = nm), độ nhạy góc đạt Sφ = 9,0 μV/độ không cần cung cấp từ trường nuôi; độ nhạy đạt Sφ = 36,0 μV/độ có từ trường ni (H = 9,1 Oe) 119 Ứng dụng cảm biến sinh học: - Ứng dụng cảm biến phát hạt từ tính nano chitosan: cảm biến tổ hợp điện trở NT-SS loại S2-6-sp (L = 3,2 mm, W = 150 μm, tNiFe = nm), giới hạn phát từ độ 194×10-15 emu/m2 - Ứng dụng cảm biến phát phần tử sinh học: sử dụng cảm biến đơn S2-1-s (kích thước L = 4,0 mm, W = 150 μm, tNiFe = nm) phát 4,5 pmol sợi đơn AND đích đầu dị đặc hiệu cho gen 16 rARN liên cầu khuẩn S suis Trong Chương 5, kết ứng dụng cảm biến đo từ trường Trái đất (mục 5.1) công bố tạp chí Journal of Science: Advanced Materials and Devices [98], kết ứng dụng cảm biến phát hạt từ tính nano (mục 5.2.1) cơng bố tạp chí Journal of Electronic Materials [96], kết cảm biến phát phần tử sinh học (mục 5.2.2) công bố tạp chí Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology [44] 120 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Luận án mơ tính tốn chuẩn hóa quy trình cơng nghệ, chuẩn hóa thơng số chế tạo màng mỏng, chế tạo cảm biến AMR phù hợp với điều kiện thực tế Việt Nam Đã chế tạo thành cơng cảm biến AMR dạng WB với hình thái kích thước khác từ cơng nghệ đơn giản đến phức tạp (cảm biến khơng sử dụng quang khắc-kích thước milimet cảm biến có sử dụng quang khắc-kích thước micromilimet micromet), tất cảm biến tối ưu với công nghệ khác cho độ nhạy cao, đáp ứng mục đích ứng dụng Lần giới công bố hệ cảm biến AMR dạng WB cấu trúc tổ hợp NT-SS, có độ nhạy lớn đạt 3,06 mV/V/Oe lớn nhiều độ nhạy tiêu chuẩn (1 mV/V/Oe), với độ nhạy triển khai ứng dụng cảm biến việc đo lường từ trường thấp Thử nghiệm thành công số ứng dụng cảm biến chế tạo được: - Cảm biến đo từ trường Trái đất: cảm biến NT-SS S3-18-sp, kích thước 10250 m2, tNiFe = nm, cho độ nhạy lớn nhất: Sφ = 36,0 μV/độ - Ứng dụng cảm biến sinh học: + Cảm biến NT-SS S2-6-sp (L = 3,2 mm, W = 150 μm, tNiFe = nm) phát từ độ giới hạn 194×10-15 emu/m2; + Cảm biến đơn S2-1-s (kích thước L = 4,0 mm, W = 150 μm, tNiFe = nm) phát 4,5 pmol sợi đơn ADN đích đầu dị đặc hiệu liên cầu khuẩn S suis Kiến nghị: Cảm biến AMR luận án nghiên cứu tiếp phát triển thành linh kiện loại 2D, 3D phát triển theo hướng hoàn thiện sản phẩm ứng dụng tiến tới thương mại hóa sản phẩm Trở lại mục tiêu ban đầu luận án chế tạo cảm biến từ trường có kích thước micro-nano, có độ nhạy cao, đáp ứng ứng dụng đo từ trường thấp cỡ từ trường Trái đất ứng dụng làm cảm biến y-sinh học Với kết thu cảm biến cho thấy, cảm biến chế tạo luận án giải trọn vẹn mục tiêu ban đầu đặt 121 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN [1] Bùi Đình Tú, Đỗ Thị Hương Giang, Đồng Quốc Việt, Nguyễn Xuân Toàn, Trần Mậu Danh, Lê Khắc Quynh, Nguyễn Hải Bình, Nguyễn Hữu Đức (2013), Nghiên cứu, chế tạo linh kiện đo từ trường thấp dạng cầu Wheatstone dựa hiệu ứng từ-điện trở dị hướng (AMR), Tuyển tập Báo cáo Hội nghị VLCR KHVL toàn quốc lần thứ 8, Thái Nguyên, trang 25 [2] L.K Quynh, B.D Tu, D.X Dang, D.Q Viet, N.H Duc, L.T Hien and D.T Huong Giang (2015), Fabrication and Investigation of magnetic sensor based on anisotropic magnetoresitance effects for magnetic beads detection, Tuyển tập Hội nghị Vật lý Chất rắn Khoa học Vật liệu toàn quốc lần thứ (SPMS), trang 93 [3] L.K Quynh, B.D Tu, D.X Dang, D.Q Viet, L.T Hien, D.T Huong Giang, N.H Duc (2016), Detection of magnetic nanoparticles using simple AMR sensors in Wheatstone bridge, Journal of Science: Advanced Materials and Devices 1, pp 98-102 [4] LT Hien, LK Quynh, VT Huyen, BD Tu, NT Hien, DM Phuong, PH Nhung, DTH Giang, NH Duc (2016), DNA-magnetic bead detection using disposable cards and the anisotropic magnetoresistive sensor, Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology, 7, pp 045006 [5] L.K Quynh, B D Tu, C.V Anh, N H Duc, A.T Phung, T.T Dung, and D T Huong Giang (2018), Design Optimization of an Anisotropic Magnetoresistance Sensor for Detection of Magnetic Nanoparticles, Journal of Electronic Materials, 48(2), pp 997-1004 [6] Le Khac Quynh, Nguyen The Hien, Nguyen Hai Binh, Tran Tien Dung, Bui Dinh Tu, Nguyen Huu Duc and Do Thi Huong Giang (2019), Simple planar Hall effect based sensors for low-magnetic field detection, Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology 10, pp 025002 [7] L.K Quynh, B.D Tu, N.T Thuy, D.Q Viet, N.H Duc, A.T Phung, and D.T Huong Giang (2019), Meander anisotropic magnetoresistance bridge 122 geomagnetic sensors, Journal of Science: Advanced Materials and Devices, (2) pp 327-332 Danh mục gồm có 07 cơng trình 123 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Trần Thị Dung (2017), Hiệu ứng từ điện trở cảm biến cầu Wheatstone cấu trúc hỗn hợp nối tiếp-song song, Khóa luận tốt nghiệp, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội [2] Nguyễn Hữu Đức (2008), Vật liệu từ cấu trúc nano điện tử học spin, Nhà xuất ĐHQG Hà Nội, Hà Nội [3] Thân Đức Hiền, Lưu Tuấn Tài (2008), Từ học Vật liệu từ, Nhà xuất Đại học Bách khoa Hà Nội, Hà Nội [4] Phạm Ngọc Hưng (2017), Cảm biến sinh học dựa hiệu ứng từ điện trở, Khóa luận tốt nghiệp, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội [5] Đỗ Thị Lan (2016), Chế tạo cảm biến mục đích phát từ trường Trái đất, Khóa luận tốt nghiệp, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội [6] Nguyễn Thị Thắm (2016), Tối ưu hóa cấu trúc hình dạng cảm biến cho tín hiệu AMR lớn, Khóa luận tốt nghiệp, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội [7] Nguyễn Thị Thúy (2013), Nghiên cứu, chế tạo sensor đo từ trường thấp dạng cầu Wheatstone dựa màng mỏng từ NiFe cấu trúc nano, Luận văn Thạc sĩ, ĐHCN, ĐHQG Hà Nội [8] Bùi Đình Tú (2014), Chế tạo nghiên cứu số cấu trúc spin-điện tử micronano ứng dụng chíp sinh học, Luận án Tiến sĩ Vật liệu linh kiện nano, ĐHCN - ĐHQG Hà Nội, Hà Nội [9] Nguyễn Anh Tuấn (2018), Nghiên cứu chế tạo cảm biến nhạy với từ trường yếu sở cấu trúc Van spin dùng thiết bị phát hiện, dị tìm định vị, Báo cáo tổng kết Đề tài Khoa học Công nghệ cấp Bộ, Mã số: B2017-BKA-48 Tiếng Anh [10] D J Adelerhof (2000), Wim Geven New position detectors based on AMR sensors, Sensors and Actuators 85, pp 48-53 124 [11] A O Adeyeye and R L White (2004), Magnetoresistance behavior of single castellated Ni80Fe20 nanowires, Journal of Applied Physics 95, pp 2025-2228 [12] Ton Tich Ai (2005), Geomagnetism and Magnetic Prospecting, Vietnam National University Publishers [13] T M L Alves , Bezerra C G, Viegas A D C, Nicolodi S, Corrêa M A and Bohn F (2015), Quantifying magnetic anisotropy dispersion: Theoretical and experimental study of the magnetic properties of anisotropic FeCuNbSiB ferromagnetic films, Journal of Applied Physics 117, pp 083901 [14] M N Baibich, J M Broto, A Fert, F Nguyen Van Dau, F Petroff, P Etienne, G Creuzet, A Friederich, J Chazelas (1988), Giant magnetoresistance of (001)Fe/Cr magnetic superlattices, Physical Review Letters 61(21), pp 2472 – 2475 [15] D R Baselt, G U Lee, M Natesan, S W Metzger, P E Sheehan, R J Colton (1998), A biosensor based on magnetoresistance technology, Biosensor and bioelectrics 13, pp 731 – 739 [16] Pierre-A Besse, Giovanni Boero, Michel Demierre, Vincent Pott, Radivoje Popovic (2002), Detection of a single magnetic microbead using a miniaturized silicon Hall Sensor, Applied Physics Letters 80 (22), pp 4199 – 4201 [17] Bo Cao, Kan Wang, Hao Xu, Qi Qin, Jinchuan Yang, Wei Zheng, Qinghui Jin, Daxiang Cui (2020), Development of magnetic sensor technologies for pointof-care testing: fundamentals, methodologies and applications, Sensors and Actuators: A Physical (accepted) (https://doi.org/10.1016/j.sna.2020.112130) [18] Chao Zheng, Ke Zhu, Susana Cardoso de Freitas, Jen-Yuan Chang, Joseph E Davies, Peter Eames, Paulo P Freitas, Olga Kazakova, CheolGi Kim, ChiWah Leung, Sy-Hwang Liou, Alexey Ognev, S N Piramanayagam, Pavel Ripka, Alexander Samardak, Kwang-Ho Shin, Shi-Yuan Tong,Mean-Jue Tung, Shan X.Wang, Songsheng Xue, Xiaolu Yin, and Philip W T Pong (2019), Magnetoresistive Sensor Development Roadmap (Non-Recording Applications), IEEE Transtions on magnetics, Vol 55, No 4, pp 0800130 125 [19] C D Damsgaard, Susana C Freitas, Paulo P Freitas, and Mikkel F Hansen (2008), Exchange-biased planar Hall effect sensor optimized for biosensor applications, 103, 07A302, pp.1-3 [20] Nguyen Van Dau, A Schuhl, J R Childress, M Sussiau (1996), Magnetic sensors for nanotesla detection using planar Hall effect, Sensors and Actuators A: Physical 53(1), pp 256-260 [21] J Devkota, G Kokkinis, T Berris, M Jamalieh, S Cardoso, F Cardoso, H Srikanth, M H Phan and I Giouroudi (2015), A novel approach for detection and quantification of magnetic nanomarkers using a spin valve GMRintegrated microfluidic sensor, RSC Advances 5, pp 51169 [22] J Devkota, C Wang, A Ruiz, S Mohapatra, P Mukherjee, H Srikanth, and M H Phan (2013), Detection of low-concentration superparamagnetic nanoparticles using an integrated radio frequency magnetic biosensor, Journal of Applied Physics 113, pp 104701 [23] Diqing Su, KaiWu, Renata Saha, Chaoyi Peng and Jian-Ping Wang (2019), Advances in Magnetoresistive Biosensors, Micromachines Vol.11, pp.34 [24] Dmitry Murzin, Desmond J Mapps, Kateryna Levada, Victor Belyaev, Alexander Omelyanchik, Larissa Panina and Valeria Rodionova (2019), Ultrasensitive Magnetic Field Sensors for Biomedical Applications, Sensors, 20, pp.1569 [25] N.H Duc, B.D Tu, N.T Ngoc, V.D Lap, D.T.H Giang (2013), Metglas/PZTMagnetoelectric 2-D Geomagnetic Device for Computing Precise Angular Position, IEEE Trans Magn 49, pp 4839 [26] L.W Ejsing, Mikkel F Hansen, Aric K Menon, Hugo A Ferreir, Daniel, L Graham, Paulo P Freitas (2005), Magnetic microbead detection using the planar Hall effect, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 293, pp 677684 [27] L.W Ejsing (2006), Planar Hall sensor for influenza immunoassay, Ph.D Thesis, S021568, MIC-Department of Micro and Nanotechnolgy Technical University of Denmark 126 [28] S Ekelof (2001), The Genesis of the Wheatstone Bridge, Engineering Science and Education Journal (History of technology), volume 10, no 1, pp 37–40 [29] R Ferreira, E Paz, P.P Freitas, J Ribeiro, J Germano and L Sousa (2012), 2-Axis Magnetometers Based on Full Wheatstone Bridges Incorporating Magnetic Tunnel Junctions Connected in Series, IEEE Trans Magn 48, pp 4017 [30] P P Freitas, H A Ferreira, D L Graham, L A Clarke, M D Amaral, V Martins, L Fonseca, and J S Cabral (2004), Magnetoelectronics, chapter 7: Magnetoresistive DNA chips, pages 331-373, Elsevier Academic Press, Oxford [31] Z R Gambino, Muthuvel Manivel Raja, Sanjay Sampath, and Robert Greenlaw (2004), plasma-sprayed thick-film anisotropic magnetoresistive (AMR) sensors, IEEE sensors journal, 4, pp 764-767 [32] D T H Giang, P A Duc, N T Ngoc, N T Hien, N H Duc (2012), Enhancement of the Magnetic Flux in Metglas/PZT – Magnetoelectric Integrated 2D Geomagnetic Device, Journal of Magnetics 17(4), pp 308 – 315 [33] D T H Giang, P A Duc, N T Ngoc, N T Hien, N H Duc (2012), Spatial angular positioning device with three – dimensional magnetoelectric sensors, Review of scientific instruments 83, pp 095006 [34] D T H Giang, P A Duc, N T Ngoc, N H Duc (2012), Geomagnetic sensors based on Metglas/PZT laminates, Sensors and Actuators A, A179, pp 78 – 82 [35] D T H Giang, N X Toan, P A Duc, N H Duc (2010), Enhancement of magnetoelectric effect in Metglas/piezoelectric laminate composites, IWAMSN 2010 [36] D T Huong Giang, D X Dang, N X Toan, N V Tuan, A T Phung, and N H Duc (2017), Distance magnetic nanoparticle detection using a magnetoelectric sensor for clinical interventions, Rev Sci Instrum 88, pp 015004 127 [37] H Gruger, R Gottfried-Gottfried (2001), Performance and applications of a two axes fluxgate magnetic field sensor fabricated by a CMOS process, Sensors and Actuators A, vol 91, pp 61-64 [38] M J Haji-Sheikh (2005), Anisotropic Magnetoresistive Model for Saturated Sensor Elements, IEEE Sensor Journal, (6), pp 1258-1263 [39] M J Haji-Sheikh and Y Yoo (2007), An accurate model of a highly ordered 81/19 permalloy AMR Wheatstone bridge sensor against a 48 pole pair ringmagnet, IJISTA 3, pp 95–105 [40] Imran Hashim (1994), Microstructural and Magnetic properties of Polycrystalline and Epitaxial permalloy Multilayered Thin Films, In Partial Fulfillmet of the Requirements for the Degree of Docctor of Philosophy, California Institute of Technilogy pasadena, California [41] A D Henriksen, B T Dalslet, D H Skieller, K H Lee, F Okkels, and M F Hansena (2010), Planar Hall effect bridge magnetic field sensors, Journal of Applied Physics Letters 97, pp 013507-1 – 013507-3 [42] A D Henriksen, Rizzi, Giovanni, Hansen, Mikkel Fougt (2015), Experimental comparison of ring and diamond shaped planar Hall effect bridge magnetic field sensors, Journal of Applied Physics, 118(10), pp 103901 [43] A D Henriksen, Giovanni Rizzi, and Mikkel Fougt Hansen (2016), Planar Hall effect bridge sensors with NiFe/Cu/IrMn stack optimized for self-field magnetic bead detection, Jounal of applied physics, 119, pp 093910 [44] LT Hien, LK Quynh, VT Huyen, BD Tu, NT Hien, DM Phuong, PH Nhung, DTH Giang, NH Duc (2016), DNA-magnetic bead detection using disposable cards and the anisotropic magnetoresistive sensor, Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology, 7, pp.045006 [45] Ho D.T.N, Le T.P.T, Wolbers M, Cao Q.T, Nguyen V.M.H, Tran V.T.N, Le T.P.T, Nguyen H.P, Tran T.H.C, Dinh X.S, To S.D, Hoang T.T.H, Hoang T, Campbell J.S, Nguyen V.V.C, Nguyen T.C, Nguyen V.D, Ngo T.H, Spratt B.G, Tran T.H, Farrar J, Schultsz C (2011), Risk Factors of Streptococcus suis Infection in Vietnam A Case-Control Study, PLoS ONE (3), pp 17604 128 [46] Tran Vinh Hoang, Lam Dai Tran, Thinh Ngoc Nguyen (2010), Preparation of chitosan/magnetite composite beads and their application for removal of Pb(II) and Ni(II) from aqueous solution, Materials Science and Engineering C 30, pp 304-310 [47] Zhang Hui, Teng Jiao, Yu Guanghua (2007), Dependence of non-uniform demagnetizing field on width of NiFe thin film AMR elements, Acta Metallurgica Sinica -Chinese Edition, 43(6), pp 599-602 [48] Tran Quang Hung, Jong-Ryul Jeong, Dong-Young Kim, Nguyen Huu Duc and CheolGi Kim (2009), Hybrid planar Hamm-magnettoresistance sensor based on tilted cross-junction, J Appl Phys 42, pp 055007 [49] S Ingvarsson, Gang Xiao, S.S.P Parkin, and W.J Gallagher (2002), Thickness dependent magnetic properties of Ni81Fe19, Co90Fe10 and Ni65Fe15Co20 thin films, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 251, pp 202–206 [50] JaniceNickel (1995), Magnetoresistance Overview, Hewlett-Packard Laboratories, Technical Publications Department, USA [51] J Jeon, J Jung, and K H Chow (2016), Current dependence of colossal anisotropic magnetoresistance in La0.3Pr0.4Ca0.3MnO3 microbridges, Journal of Applied Physics 120, pp 123902 [52] L Jogschies, Daniel Klaas, Rahel Kruppe, Johannes Rittinger, Piriya Taptimthong, Anja Wienecke, Lutz Rissing and Marc Christopher Wurz (2015), Recent Developments of Magnetoresistive Sensors for Industrial Applications, Sensors 15, pp 28665-28689 [53] M Johnson (2004), Magnetoelectronics, Amsterdam, Elsevier [54] J.B Johnson (1927), Thermal agitation of electricity in conductors, Nature 20, pp 119 [55] M Julliere (1975), Tunnelling between ferromagnetic films, Phys Lett A 54, pp 225-226 [56] J.E Lenz June (1990) A Review of Magnetic Sensors, Proc IEEE, 78, pp 973-989 129 [57] H Kim, V Reddy, K Woo Kim, I Jeong, X.H Hu, and C.G Kim (2014), Single Magnetic Bead Detection in a Microfluidic Chip Using Planar Hall Effect Sensor, J of Magnetics, 19, pp 10 [58] J G Kim, Kyung Hunn Han, Seok Ho Song, Anne Reilly (2003), Magnetic properties of sputtered soft magnetic Fe–Ni films with an uniaxial anisotropy, Thin Solid Films 440, pp 54-59 [59] M Kowalewski, W.H Butler, N Moghadam, G.M Stocks, T.C Schulthess, K.J Song, J.R Thompson, A.S Arrott, T Zhu, J Drewes, R R Katti, M T McClure, and O Escorcia (2000), The effect of Ta on the magnetic thickness of permalloy ( Ni81Fe19) films, J Appl Phys 87, pp 5732 [60] Tran Dai Lam, Nguyen Hai Binh, Nguyen Van Hieu, Tran Hoàng Vinh Nguyen Xuan Phuc (2011), Electrochemical detection of short HIV sequences on chitosan/Fe3O4 nanoparticle based screen printed electrodes, Materials Science and Engineering C 31, pp 477-485 [61] Guanxiong Li, Vikram Joshi, Robert L White, Shan X Wang, Jennifer T Kemp, Chris Webb, Ronald W Davis, Shoueng Sun (2003), Detection of single micron-sized magnetic bead and magnetic nanoparticles using spin valve sensors for biological applications, Journal of Applied Physics 93(10), pp 7557 – 7559 [62] Guanxiong Li, Shouheng Sun, Robert J Wilson, Robert L White, Nader Pourmand, Shan X Wang (2006), Spin valve sensors for ultrasensitive detection of superparamagnetic nanoparticles for biological applications, Sensors and Actuators A 126, pp 98-106 [63] Xisheng Li, Jia You, Xiongying Shu and Ruiqing Kang (2009), Electric Current measurement using AMR Sensor Array, Proceedings of the IEEE International Conference on Mechatronics and Automation, Changchun, China, pp 4085 [64] Yu-Chi Liang, Long Chang, Wenlan Qiu, Arati G Kolhatkar, Binh Vu, Katerina Kourentzi, T Randall Lee, Youli Zu, Richard Willson and Dmitri Litvinov (2017), Ultrasensitive Magnetic Nanoparticle Detector for Biosensor Applications, Sensors 17, pp 1296 130 [65] Gungun Lin, Denys Makarov and Oliver G Schmidt (2017), Magnetic sensing platform technologies for biomedical applications, Lab Chip, 17, pp 18841912 [66] G Lin, D Makarov, M Melzer, W Si, C Yanac, and O Schmidt (2014), A highly flexible and compact magnetoresistive analytic device, Lab Chip 14, pp 4050 [67] Z Q Lu (2001), Planar Hall effect in NiFeNiMn bilayers, J Appl Phys, 90, pp 1414-1418 [68] Van Su Luong, Anh Tuan Nguyen, Thi Luyen Nguyen, Anh Tue Nguyen and Quoc Khanh Hoang (2018), Enhanced Soft Magnetic Properties of [NiFe/Ta]n Laminated Films for Flux Amplification in Magnetic Sensors, IEEE Transactions on Magnetics, 54, pp 2000804 [69] Van Su Luong, Anh Tuan Nguyen, Quoc Khanh Hoang, Tuyet Nga Nguyen, Anh Tue Nguyen, Tuan Anh Nguyen, Van Cuong Giap (2018), Magnetoresistive Performances in Exchange-Biased Spin Valve and Their Roles in Low-Field Magnetic Sensing Applications, Journal of Science: Advanced Materials and Devices, (4), pp 399-405 [70] Susan Macmillan (2009), Earth’s magnetic field, British Geological Survey, Edinburgh, UK [71] V Marius, Marioara Avram (2015), Using permalloy based planar hall effect sensors to capture and detect superparamagnetic beads for lab on chip applications, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 381, pp 481-487 [72] T R McGuire, R D Hempstead, and S Krongelb (1976), Anisotropic magnetoresistance in ferromagnetic 3d ternary alloys, AIP Conf Proc, 29, pp 526 [73] T R Mcguire and R I Potter (1975), Anisotropic Magnetoresistancein Ferromagnetic 3d Alloys, Saction on Magnetics, Vol Mag 11(4), pp 10181038 [74] G T Meaden (1971), Conduction electron scattering and the resistance of the magnetic elements, Cont Phys 12, pp 313 - 337 131 [75] M M Miller, G A Prinz, S F Cheng, S Bounnak (2002), Detection of a micron-sized magnetic sphere using a ring-shaped anisotropic magnetoresistance-based sensor: A model for a magnetoresistance-based biosensor, Applied Physics Letters 81(12), pp 2211-2213 [76] N Moghadam, G.M Stocks, M Kowalewski, W.H Butler (2001), Effects of Ta on the magnetic structure of permalloy, J Appl Phys 89, pp 6886-6888 [77] S S P.S Mohamed, Robert Zierold Josep M Montero Moreno Detlef Guilitz and Kornelius Nielsch (2012), Magnetic characterization of nickel-rich NiFe nanowires grown by pulsed electrodeposition, Mater Chem, 22, pp 8549-8557 [78] F Montaigne, Alain Schuhl, Frédéric Nguyen Van Dau, Armando Encinas (2000), Development of magnetoresistive sensors based on planar Hall effect for applications to microcompass, Sensors and Actuators A 81(1-3), pp 324 – 327 [79] J S Moodera, Lisa R Kinder, Terrilyn M Wong, R Meservey (1995), Large Magnetoresistance at Room Temperature in Ferromagnetic Thin Film Tunnel Junctions, Phys Rev Lett 74, pp 3273–3276 [80] H G J Moseley (1913), The high frequency spectra of the elements, Phil Mag [81] V Mor, M Schultz, O Sinwani, A Grosz, E Paperno, L Klein (2012), Planar Hall effect sensors with shape-induced effective single domain behavior, Journal of Applied Physics 111, pp 07E519-07E519-3 [82] M Neagu, M Lozovan, M Dobromir, L Velicu, C Hison, S Stratulat (2008), permalloy thin films obtained by pulsed laser deposition: magnetic and galvanomagnetic behaviour, Journal of optoelectrnics and advanced materials, Vol 10, No 3, pp 632 – 634 [83] Nibarger J P, Lopusnik R, Celinski Z and Silva T J (2003), Variation of magnetization and the Lande´g factor with thickness in Ni–Fe films, Appl Phys Lett 83, pp 93–98 132 [84] S Oh, P.B Patil, Tran Quang Hung, Byunghwa Lim, Migaku Takahashi, Dong Young Kim, CheolGi Kim (2011), Hybrid AMR/PHR ring sensor, Solid State Communications 151, pp 1248–1251 [85] R C O'Handley (2000), Modern Magnetic Materials: Principles and Applications, John Wiley & Sons [86] F W Østerberg, Anders Dahl Henriksen, Giovanni Rizzi, and Mikkel Fougt Hansen (2013), Comment on “Planar Hall resistance ring sensor based on NiFe/Cu/IrMn trilayer structure [J Appl Phys 113, 063903 (2013)], Journal of Applied Physics 114, pp 106101 [87] F W Østerberg, G Rizzi, A D Henriksen, and M F Hansen (2014), Planar Hall effect bridge geometries optimized for magnetic bead detection, J Appl Phys 115(18), pp 184505 [88] F W Østerberg, G Rizzi, T Zardán Gómez de la Torre, M Strưmberg, M Strømme, P Svedlindh, M F Hansen (2013), Measurements of Brownian relaxation of magnetic nanobeads using planar Hall effect bridge sensors, Biosensors and Bioelectronics 40, pp 147 –152 [89] M A Parker, T L Hylton, K R Coffey, J K Howard (1994), Microstructural origin of giant magnetoresistance in a new sensor structure based on NiFe/Ag discontinuous multilayer thin films, Journal of Applied Physics 75(10), pp 6382 – 6384 [90] Patterson A L (1939), The Scherrer Formula for tia X Particle Size Determination, Phys Rev, 56, pp 978 [91] M Pavel, Michal Vopalensk´y, Pavel Ripka´(2008), AMR current measurement device, Sensors and Actuators A 141, pp 649–653 [92] H X Peng, Faxiang Qin, Manh Huong Phan (2016), Ferromagnetic Microwire Composites (from Sensors to Microwave Applications), Springer International Publishing Switzerland [93] S Petralia, Nunzio Vicario, Giovanna Calabrese, Rosalba Parenti and Sabrina Conoci (2018), An Advanced, Silicon-Based Substrate for Sensitive Nucleic Acids Detection, Sensors 18, pp 3138 133 [94] F Qejvanaj (2016), Fabrication and Characterization of magnetometer for space applications, Doctoral Thesis in Physics School of Information and Communication Technology KTH Royal Institute of Technology Stockholm, Sweden [95] L.K Quynh, B.D Tu, D.X Dang, D.Q Viet, L.T Hien, D.T Huong Giang, N.H Duc (2016), Detection of magnetic nanoparticles using simple AMR sensors in Wheatstone bridge, Journal of Science: Advanced Materials and Devices 1, pp 98-102 [96] L.K Quynh, B D Tu, C.V Anh, N H Duc, A.T Phung, T.T Dung, and D T Huong Giang (2018), Design Optimization of an Anisotropic Magnetoresistance Sensor for Detection of Magnetic Nanoparticles, Journal of Electronic Material 48 (2), pp 997-1004 [97] Le Khac Quynh, Nguyen The Hien, Nguyen Hai Binh, Tran Tien Dung, Bui Dinh Tu, Nguyen Huu Duc and Do Thi Huong Giang (2019), Simple planar Hall effect based sensors for low-magnetic field detection, Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology 10, pp 025002 [98] L.K Quynh, B.D Tu, N.T Thuy, D.Q Viet, N.H Duc, A.T Phung, and D.T Huong Giang (2019), Meander anisotropic magnetoresistance bridge geomagnetic sensors, Journal of Science: Advanced Materials and Devices (2), pp 327-332 [99] R.F.O Reneerkens (1995), Physics of magnetization reversal in exchange biase spin valve multilayers, master thesis, Eindhoven University of Technology (EUT), Netherlands [100] J C Rife, M M Miller, P E Sheehan, C R Tamanaha,M Tondra, L J Whitman (2003), Design and performance of GMR sensors for the detection of magnetic microbeads in biosensors, Sensors and Actuators A 107, pp 209– 218 [101] P Ripka (1992), Review of Fluxgate Sensors, Sensors and Actuators A, 33 (3), pp 129-141 [102] Ripka, Pavel (2000), Magnetic sensors and Magnetometers, Artech House Publishers 134 [103] P.Ripka, M.Vopalensk, A.Platil, M Doscher, K.-M.H Lenssen, H.Hauser (2003), AMR magnetometer, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 254–255, pp 639–641 [104] A Sandhu, A Okamoto, I Shibasaki, A Oral (2004), Nano and micro Halleffect sensors for room-temperature scanning hall probe microscopy, Microelectronic Engineering 73–74, pp 524–528 [105] P Saravanan, Jen-Hwa Hsu, Chin-Lai Tsai, Akhilesh Kumar Singh, and Perumal Alagarsamy (2015), Effect of Ta Underlayer on Thickness-Dependent Magnetic Properties of Ni–Fe Films, IEEE Transactions on Magnetics 51, pp 2006604 [106] Schuhl, F Nguyen Van Dau, and J R Childress (1995), Low-field magnetic sensors based on the planar Hall effect, Applied Physics Letters 66(20), pp 2751-2763 [107] D Sellmyer, Ralph Skomski (2006), Advanced Magnetic Nanostructures, Springer, pp 432 – 442 [108] E F Silva, M A Correa, R D Della Pace, C C Plá Cid, P R Kern, M Carara, C Chesman, O Alves Santos, R L Rodríguez-Suárez, A Azevedo, S M Rezende and F Bohn (2017), Thickness dependence of the magnetic anisotropy and dynamic magnetic response of ferromagnetic NiFe films, J Phys D: Appl Phys 50, pp 185001 [109] Brajalal Sinh,Tran Quang Hung, Torati Sri Ramulu, Sunjong Oh, Kunwoo Kim, Dong-Young Kim, Ferial Terki and CheolGi Kim (2013), Planar Hall resistance ring sensor based on NiFe/Cu/IrMn trilayer structure, J Appl Phys 113, pp 063903 [110] J Smit (1951), Magnetoresistance of ferromagnetic metals and alloys at low temperatures, Physica 17, pp 612-627 [111] Talha Jamshaid, Ernandes Taveira Tenório-Neto, Abdoullatif Baraket, Noureddine Lebaz, Abdelhamid Elaissari, Ana Sanchís, J.-Pablo Salvador, M.-Pilar Marco, Joan Bausells, Abdelhamid Errachid, and Nadia Zine (2020), Development of Novel Magneto-Biosensor for Sulfapyridine Detection, Biosensors, 10, pp.43 135 [112] Y Telepinsky, Omer Sinwani, Vladislav Mor, Moty Schultz, and Lior Klein (2016), Magnetic thermal stability of permalloy microstructures with shapeinduced bi-axial anisotropy, Journal of Applied Physics 119, pp 083902 [113] N T Thanh (2007), Planar hall resistance sensor for biochip application, Ph.D Thesis, Chungnam National University, Korea [114] B.G T´oth, L P´eter1, A´.Rev’esz, J P´ad´ar, and I Bakonyi (2010), Temperature dependence of the electrical resistivity and the anisotropic magnetoresistance (AMR) of electrodeposited Ni-Co alloys, Eur Phys J B 75, pp 167–177 [115] Bui Dinh Tu, Tran Quang Hung, Nguyen Trung Thanh, Tran Mau Danh, Nguyen Huu Duc and CheolGi Kim (2008), Planar Hall bead array counter microchip with NiFe/IrMn bilayers, Journal of Applied Physics 104, pp 074701 – 074704 [116] Bui Dinh Tu, Tran Mau Danh, Nguyen Huu Duc, Hai Binh Nguyen (2013), High-sensitivity planar Hall sensor based on simple GMRNiFe/Cu/NiFe structure for biochip application, Adv Nat Sci.: Nanosci Nanotechnol 4, pp 015017 – 015020 [117] Bui Dinh Tu, Tran Mau Danh, Nguyen Huu Duc, Hai Binh Nguyen (2012), Influence of CoFe and NiFe pinned layers on sensitivity of planar Hall biosensors based on van-spinstructures, Adv Nat Sci.: Nanosci Nanotechnol 3, pp 045019 – 045022 [118] Bui Dinh Tu, Le Viet Cuong, Tran Quang Hung, Do Thi Huong Giang, Tran Mau Danh, Nguyen Huu Duc, and CheolGi Kim (2009), Optimization of SpinValve Structure NiFe/Cu/NiFe/IrMn for Planar Hall Effect Based Biochips, IEEE Transactions on Magnetics 45, pp 2378 – 2382 [119] Bui Dinh Tu, Le Viet Cuong, Do Thi Huong Giang, Tran Mau Danh, Nguyen Huu Duc (2009), Optimization of planar hall effect sensor for magnetic bead detection using spin-valve NiFe/Cu/NiFe/IrMn structures, Journal of Physics: Conference Series 187, pp 012056 – 012061 [120] S Tumanski (2001), Thin film magnetoresistive sensor, Institute of Physics Publishing Bristol and Philadelphia 136 [121] A P F Turner (2013), Biosensors: sense and sensibility, Chem Soc Rev 42, pp 3184 [122] M Urse, A- E Moga, M Grigoras, H Chiriac (2005), Magnetic and electrical properties of [NiFe/SiO2] n multilayer thin films, Journal of Optoelectronics and Advanced Materials (2), pp 759 – 762 [123] Vijay K Varadan, LinFeng Chen, Jining Xie (2008), Nanomedicine: Design and Applications of Magnetic Nanomaterials, Nanosensors, John Viley & Sons [124] M Volmer, M Avram (2013), Microelectron Eng 108, pp 116 [125] M Vopálenský, Anton'ın Platil, Petr Kaspar (2005), Wattmeter with AMR sensor, Sensors and Actuators A 123-124, pp 303-307 [126] M Vopálenský and Antonin Platil (2013), Temperature Drift of Offset and Sensitivity in Full-Bridge Magnetoresistive Sensors, IEEE Transactions on magnetics, vol 49 (1), pp 136-139 [127] M Vopálenský (2014), Measuring with magnetoresistive sensors, Habilition thesis, Czech technical University in Prague [128] Xuyang Liu, K H Lam, Ke Zhu, Chao Zheng, Xu Li, Yimeng Du, Chunhua Liu, and Philip W T Pong (2019), Overview of Spintronic Sensors With Internet of Things for Smart Living, Vol.55, pp.0800222 [129] C Wang, Jiangtao Pu, Zhongqiang Hu, Wei Su, Mengmeng Guan, Bin Peng, Ziyao Zhou, Zhiguang Wang, Zhuangde Jiang, and Ming Liu (2018), Electric Field Tuning of Anisotropic Magnetoresistance in Ni-Co/PMN-PT Multiferroic Heterostructure, IEEE Transactions on Magnetics, 55, Article Sequence Number: 2501103 [130] W Wang, Yi Wang, Liang Tu, Yinglong Feng, Todd Klein & Jian-Ping Wang, (2014), Magnetoresistive performance and comparison of supermagnetic nanoparticles on giant magnetoresistive sensor-based detection system, Scientific reports, 4, pp 5716 [131] Wertheim H.F.L, Nguyen H.N, Taylor W, Trinh T.M.L, Ngo H.T, Nguyen T.Q, Nguyen B.N.T, Nguyen H.H, Nguyen H.M, Nguyen C.T, Dao T.T, 137 Nguyen T.V, Fox A, Farrar J, Schultsz C, Nguyen H.D, Nguyen K.V, Horby P (2009), Streptococcus suis, an important cause of adult bacterial meningitis in northern Vietnam, PLoS ONE 4(6), pp 5973 [132] S Widodo (2015), Design and Process Technology of Anisotropic Magneto Resistive Sensor Device on Silicon Substrate, International Conference on Mathematics, Science, and Education (ICMSE 2015), pp 69-73 [133] P Wiśniewski (2007), Giant anisotropic magnetoresistance and magnetothermopower in cubic 3:4 uranium, Applied Physics Letters 90, pp 192106 [134] N Yang, Tao Li, Ping Ping Zhang, Xiaoqiang Chen, Xuefeng Hu and Wei Zhang (2016), An Early Cancer Diagnosis Platform based on Micro-magnetic Sensor Array Demonstrates Ultra-high Sensitivity, Journal of Nanomedicine & Nanotechnology (1), pp 1000344 [135] J Yin, Xue Han, Yanping Cao and Conghua Lu (2014), Surface Wrinkling on Polydimethylsiloxane Microspheres via Wet Surface Chemical Oxidation, Scientific reports, 4, pp 5710 [136] Z Yu, Zhang Dong, Wang Yu-Kun, Yin Yu-Li, Huang Zhao-Cong, Luo Chen, and Zhai Ya (2013), Demagnetizing factors in patterned CoNiFe films with rectangular elements, Chin Phys B Vol 22 95), pp 056801 [137] J Zhai, Shuxiang Dong, Zengping Xing, Jiefang Li, and D Viehland (2007), Geomagnetic sensor based on giant magnetoelectric effect, Applied Physics Letters 91, pp 123513 [138] S Yan, Zhiqiang Cao, Zongxia Guo, Zhenyi Zheng, Anni Cao, Yue Qi, Qunwen Leng and Weisheng Zhao (2018), Design and Fabrication of Full WheatstoneBridge-Based Angular GMR Sensors, Sensors, 18, pp 1832 [139] J B Youssef, Vukadinovic N, Billet D and Labrune M (2004), Thicknessdependent magnetic excitations in permalloy films with nonuniform magnetization, Phys Rev B 69, pp 174402 [140] R Zhang, R.F Willis (2001), Thickness-Dependent Curie Temperatures of Ultrathin Magnetic Films: Effect of the Range of Spin-Spin Interactions, Phys Rev Lett, 86, pp 2665 138 [141] http://www.efunda.com/designstandards/sensors/methods/wheatstone_bridge cfm [142] https://lemisensors.com/?page_id=116: Fluxgate Magnetometers [143] https://www.nve.com/Downloads/intro.pdf [144] AFF755B MagnetoResistive Field Sensor Data Sheet Available oneline:https://docs-emea.rsonline.com/webdocs/1602/0900766b8160287b.pdf (accessed on 20 July 2017) [145] KMZ51 Magnetic field sensor, Datasheet, accessible at http://techwww.in.tuclausthal.de/site/Dokumentation/Sensoren/Magnetfeld/182826-da-01-enKMZ51_Magnetfeldsensor.pdf [146] Photo Mask Specification accessible at http://microimage.co.kr/?r=eng&c=89/96/99 139 ... từ trường dựa hiệu ứng cảm ứng điện -từ 13 1.2.2 Cảm biến từ trường dựa hiệu ứng từ- điện trở khổng lồ 14 1.2.3 Cảm biến từ trường dựa hiệu ứng từ- điện trở xuyên hầm 15 1.2.4 Cảm biến từ. .. cứu chế tạo cảm biến từ trường có kích thước micro-nano dạng cầu Wheatstone dựa hiệu ứng từ- điện trở dị hướng? ?? Nhiều nghiên cứu nước giới thực hệ vật liệu NiFe dựa hiệu ứng từ khác nghiên cứu cách... từ trường dựa hiệu ứng Hall phẳng 16 1.2.5 Cảm biến dựa hiệu ứng từ- điện trở dị hướng 18 1.2.6 Hiện tượng nhiễu cảm biến 23 1.2.7 So sánh loại cảm biến từ trường cấu trúc micro-nano