Sự ảnh hưởng của việc thay đổi góc giữa từ trường ngoài H và dòng qua

Sau đây ta sẽ khảo sát việc thay đổi góc đặt giữa từ trường ngoài H và dòng một chiều I ảnh hưởng tới độ nhạy của cảm biến.

Các thông số cho quá trình mô phỏng như sau :

- Cảm biến được cấp dòng một chiều cố định I = 1 mA - Từ độ M được đặt cùng phương với dòng I.

- Điện trở R0=0.0000900. - Ms=0.486675.

- Trường dị hướng HK=5 (Oe).

- Trường tương tác trao đổi liên phân mạng HJ=10 (Oe).

Sử dụng hai phương trình (3.3) và (3.4). Sau khi mô phỏng ta sẽ có những kết quả như sau:

Hình 3.11. Góc ban đầu α=450

\

Hình 3.13. Góc ban đầu α=900

Ta thấy rằng khi thay đổi tăng dần góc α từ 150 đến 900 vùng tuyến tính của cảm biến tăng dần. Nghĩa là với góc 150 thì vùng tuyến tính của cảm biến nhỏ nhất và góc 900 vùng tuyến tính của cảm biến là lớn nhất. Hay nói cách khác khi từ trường ngoài được đặt vuông góc với dòng ngoài thì ta có độ nhạy của cảm biến thu được lớn nhất.

3.4.So sánh kết quả mô phỏng và kết quả thực nghiệm

Thực hiện việc chế tạo mẫu như đã dự định. Sau đó ta đo sự phụ thuộc của tín hiệu VPHE vào từ trường ngoài H lấy các kết quả đo được của thực nghiệm này so sánh

với các đường mô phỏng trên ta có sự so sánh giữa đường thực nghiệm và đường mô phỏng như sau:

Hình 3.14. So sánh đường cong thực nghiệm và mô phỏng

Trên Hình 3.10. ta thấy rằng đường cong thực nghiệm không trùng khít hoàn toàn với đường mô phỏng của ta, ta thấy tại thời điểm ban đầu điểm tín hiệu bằng 0 của đường thực nghiệm là dịch với đường mô phỏng (nói cách khác dịch với gốc tọa độ) một khoảng ∆H . Điều này có thể được giải thích như sau: Ta biết việc xác định chính xác hướng của vecto từ độ M khi chế tạo là không hoàn toàn. Do đó mà trong quá trình chế tạo không phải luôn đặt được từ độ M cùng phương với dòng ngoài I. Mà sẽ có một góc lệch θ ban đầu giữa từ độ M và dòng I. Do đó mẫu thực tế khi đo sẽ

không tạo được với từ trường ngoài một góc chính xác là 900.

Tuy nhiên điều ta quan tâm ở đây là độ nhạy và tín hiệu thu được. Như ta thấy trên đồ thị thì tín hiệu và độ dốc thu được của thực nghiệm là gần như trùng với đường mô phỏng. Sử dụng công thức tính độ nhạy cho thực nghiệm và mô phỏng ta thấy độ nhạy theo thực nghiệm gần như hoàn toàn giống với quá trình mô phỏng.

Kết luận chung

Trong quá trình thực hiện khóa luận này chúng tôi đã đạt được những kết quả chính như sau:

Mô phỏng được sự ảnh hưởng của trường tương tác lên cảm biến có cấu trúc spin-vale (cấu trúc cụ thể đã chỉ ra ở Chương III). Trong đó chúng tôi đã mô phỏng được sự ảnh hưởng của trường tương tác trao đôi liên phân mạng HJ lên độ nhạy của cảm biến, sự ảnh hưởng của trường dị hướng HK lên độ nhạy của cảm biến, ảnh hưởng của việc thay đổi góc giữa từ trường ngoài H và dòng qua cảm biến I lên độ nhạy của cảm biến, và cuối cùng là so sánh với những kết quả thực nghiệm thu được từ việc đo mẫu.

Từ đó chúng tôi thấy được rằng độ nhạy S của cảm biến tỷ lệ nghịch với trường tương tác trao đổi liên phân mạng HJ và trường dị hướng HK. Đồng thời chúng tôi nhận thấy rằng cảm biến làm việc tuyến tính với những vùng từ trường nhỏ.

Với việc thay đổi góc giữa từ trường ngoài H và dòng qua cảm biến I thì chúng tôi thấy rằng cảm biến có độ nhạy S và độ tuyến tính cao nhất khi từ trường ngoài được đặt vuông góc với dòng qua cảm biến. Sau đó chúng tôi đem so sánh với kết quả thu được từ thực nghiệm và thấy rằng gần như hoàn toàn giống nhau về độ nhạy.

Do vậy việc chế tạo và sử dụng cảm biến Hall phẳng theo những kết quả mô phỏng trên đem lại nhiều ưu điểm như: Độ nhạy cao, độ tuyến tính cao, và giảm độ trôi.

Tiếng Việt

Tài liệu tham khảo

[1] Nguyen Thi Thuy. Anh huong cua chieu day lop sat tu CoFe len hieu ung Hall phang trong cau truc Spin-Vale NiFe/Cu/CoFe/IrMn. (2009)

[2] Nguyen Huu Duc. Vat lieu tu cau truc Nano va dien tu hoc spin. NXB DHQG Ha Noi (2008).

[3] Nguyen Phu Thuy. Vat ly cac hien tuong tu. NXB DHQG Ha Noi (2003).

Tiếng Anh

[4] A. Nemoto, Y. Otani, S. G. Kim, K. Fukamichi, O. Kitakami, and Y. Shimada, Appl. Phys. Lett. 74, 4026 (1999). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

[5] Bui Dinh Tu, Le Viet Cuong, Tran Quang Hung, Do Thi Huong Giang, Tran Mau Danh, Nguyen Huu Duc, and CheolGiKim, Optimization of spin-valve structure NiFe/Cu/NiFe/IrMn for planar Hall effect based biochips.

[6] Bui Dinh Tu, Nguyen Trung Thanh, Tran Mau Danh, Nguyen Huu Duc*, CheolGi Kim. Planar Hall bead array counter microchip with NiFe/IrMn bilayers.

J.Applied Physics (2008).

[7] Chiristian D. Damsgaard, susana C, Feitas, Paulo P, Preitas, and Mikkel F, Hansen, exchange-biased plannar Hall effect sensor optimized for biosensor applications

[8] D.R. Baselt, G. U. Lee, M. Natesan, S. W. Metzger, P. E. Sheehan, and R. J. Colton, Biosens. Bioelect (1998).

[9] E. H. Sondheimer, Adv. in Phys. 1, 1 (1952) [10] Europhysics News (2003) Vol. 34 No.6

[11] G. Bayreuther, M. Dumm, B. Uhl, R. Meier, and W. Kipferl, J. Appl. Phys.

93, 8230 (2003)

[12] G.U. Lee, L. A. Chrisey, and R. J. Colton, Science, 266, 771–773 (1994). [13] H. Fujiwara, K. Nishoka, C. Hou, M.R. Parker, S. Gangopadhyay, R. Metzger, J. Appl. Phys. 79, 6286 (1996).

[14] Introduction to Magnetism and Magnetic Materials, Second Editon, D. Jiles, Ames Laboratory, US Department of Energy, Great Britain by St Edumundsbury Press, Suffolk UK, 1998.

[15] J. Q. Lu, G. Pan, W. Y. Lai, D. J. Mapps, ans W. W. Clegg, J. Magn. Magn. Mater. 242,525 (2002)

[16] J. Schotter, Development of a magnetoresistive biosensor for the detection of biomolecules in: PhD thesis in Physics, 2004

[18] K. Nishioka, C. Hou, H. Fujiwara, R.D. Metzger, J. Appl.Phys. 80, 4528 (1996).

[19] K.T.Y. Kung, L.K. Louie, J. Appl. Phys. 69, 5634 (1991).

[20] L. Ejsing, M. F. Hansen, A. K. Menon, H. A. Ferreira, D. L. Graham, and P. P. Freitas,Appl.Phys. Lett. 293, 677 (2005).

[21] M. Matsumoto, A. Morisako, S. Takei, S. Taijima, J.Magn. Soc. Japan 21,

509 (1997).

[22] N.T. Thanh, Ph. D Thesis, Chungnam National University, Korea (2007). [23] Nguyen Trung Thanh, Bui Dinh Tu, Tran Mau Danh, Nguyen Huu Duc*, CheolGi Kim. Single magnetic microbead detection using planar Hall resistance sensor with NiFe/IrMn bilayers for biochip application. First International Workshop

on Nanotechnology and Application IWNA (2007).

[24] Nguyen Trung Thanh. PhD. Thesis. Chungnam National University, Korea

(2007).

[25 ] P.P. Freitas, H. Ferreira, D. Graham, L. Clarke, M. Amaral, V. Martins, L. Fonseca, J.S. Cabral. Magnetoresistive biochips. Europhysics News (2003).

[26] R. Jungblut, R. Coehoorn, M.T. Johnson, J. A. Stegge, A. Reinders, J. Appl. Phys. 75, 6659 (1994).

[27] R. L. Edelstein, C. R. Tamanaha, P. E. Sheehan, M. M. Miller, D. R. Baselt, L. J. Whitman, R. J. Colton, Biosens. Bioelectron. 14, 805 (2000)

[28] Tamara Bratland, Michael J. Caruso, Carl H. Smith. A New Perspective on Magnetic Field Sensing. Sensors (1998).

[29] S. Allen, M. C. Davies, C. J. Roberts, S. J. B. Tendler and P. M. Williams,Tibtech. 15, 101 (1997)

[30] Y. W. Lee, C. G. Kim, C. O. Kim, Y.T.Park, 242,1175 (2002).

[31] W. O. Henry, Noise reduction techniques in electronic systems, Second edition, John Wiley & Sons, New York, Inc. 1998

[32] U. Gradmann, J. Magn. Magn. Mater. 54, 733 (1986). [33] http://www.wikipedia.org