CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 2.1. Chế tạo cảm biến
Mỗi cảm biến đƣợc cấu tạo gồm 4 thanh điện trở giống nhau đặt theo cấu trúc của dạng mạch cầu Wheatstone. Các thanh điện trở có kích thước giống nhau là 1×10 mm2 và với chiều dày lớp màng từ tính Ni80Fe20 là t = 5 nm đƣợc chế tạo bằng thiết bị phún xạ catốt ATC-2000FC. Bốn điện cực của cảm biến đƣợc chế tạo bằng vật liệu Cu. Mặt nạ cảm biến đƣợc chế tạo bằng thiết bị quang khắc MJB4 (tại trường Đại học Quốc gia Hà Nội), sử dụng mặt nạ polymer. Quy trình chế tạo cảm biến đƣợc mô phỏng nhƣ hình 2.1 (a,b,c, d).
Hình 2.1. (a) Qui trình chế tạo cảm biến sử dụng các mặt nạ điện trở (a), mặt nạ điện cực (b), cảm biến mô phỏng (c) và cảm biến hoàn thiện (d).
Trong nghiên cứu của mình, để tạo ra phương từ hóa dễ, màng từ tính được tạo ra bằng phương pháp phún xạ và được nuôi bởi từ trường ghim 900 Oe dọc theo phương y của cảm biến trong suốt quá trình chế tạo. Khi khảo sát tín hiệu, từ trường ngoài Happly được đặt dọc theo trục x của cảm biến.
Dưới tác dụng của từ trường ngoài, sự thay đổi từ độ theo từ trường dẫn đến sự thay đổi điện trở do hiệu ứng Hall sẽ tạo ra sự thay đổi điện áp lối ra Vy phụ thuộc vào từ trường. Các nghiên cứu đã được thực hiện theo hướng
26
chuẩn hóa qui trình công nghệ chế tạo, tối ưu chiều dày màng, kích thước thanh điện trở để tăng cường dị hướng hình dạng cho ra các sản phẩm cảm biến có độ nhạy cao trong vùng từ trường thấp.
2.2. Máy phún xạ tạo màng
Quá trình phún xạ màng đƣợc thực hiện bằng thiết bị phún xạ catot ATC-2000FC. Thiết bị phún xạ gồm các bộ phận chính là: buồng phún xạ, bảng điều khiển, hệ thống van bơm, hút chân không.
Hình 2.2. Thiết bị phún xạ catot ATC-2000FC
Hệ thống bơm chân không gồm hai bơm chân không kết nối với nhau là bơm Turbo phân tử và bơm cơ học thông qua các valve. Các valve này có thể đóng mở tự động nhờ vào việc điều khiển các dòng khí nén. Bơm Turbo có thể tạo chân không cao 10-8 đến 10-9 Torr, tốc độ đạt đƣợc chân không nhanh và không làm nhiễm bẩn buồng chân không do không dùng cơ chế đốt nóng bằng dầu nhƣ bơm khuếch tán.
Hệ thống phún xạ catot có hai buồng chân không đƣợc kết nối với nhau thông qua một vách ngăn là buồng chính và buồng phụ. Mẫu đƣợc đƣa vào buồng phụ trước, sau đó mới đưa vào buồng chính.
27
Bia là các tấm vật liệu (Cu, Fe, Ta, FePt, IrMn, FeCo, NiFe…) hình tròn dày 3mm đường kính 2 inch. Mỗi bia được đặt trên một nguồn phún xạ, các bia vật liệu từ đƣợc đặt trên các nguồn RF, còn các bia vật liệu phi từ đƣợc đặt trên các nguồn DC.
2.3. Hệ đo tính chất từ VSM
Hệ đo từ kế mẫu rung (VSM) khảo sát sự phụ thuộc từ độ của mẫu vào từ trường ngoài (M phụ thuộc vào H), xác định đường cong từ trễ, sự phụ thuộc của từ độ vào nhiệt độ, nhiệt chuyển pha sắt từ - thuận từ TC, nhiệt chuyển pha sắt từ - siêu thuận từ (nhiệt độ Blocking TB)...
Hình 2.3. Sơ đồ khối hệ đo từ kế mẫu rung
Nguyên lý hoạt động của từ kế mẫu rung dựa trên hiện tƣợng cảm ứng điện từ trong đó sự thay đổi từ thông của mẫu chuyển thành tín hiệu điện.
Bằng cách thay đổi vị trí tương đối của mẫu có mômen từ M với cuộn dây thu, từ thông qua tiết diện ngang của cuộn dây sẽ thay đổi theo thời gian làm xuất hiện trong nó một suất điện động cảm ứng. Các tín hiệu đo đƣợc (tỷ lệ với M) sẽ đƣợc chuyển sang giá trị của đại lƣợng từ cần đo bằng một hệ số chuẩn của hệ đo. Để thực hiện đƣợc phép đo này, mẫu đƣợc rung với tần số xác định trong vùng từ trường đồng nhất của một nam châm điện. Từ trường
28
này sẽ từ hoá mẫu và khi mẫu rung sẽ tạo ra hiệu điện thế cảm ứng trên cuộn dây thu tín hiệu. Tín hiệu đƣợc thu nhận, khuếch đại rồi đƣợc xử lý trên máy tính và cho ta biết giá trị từ độ của mẫu.
2.4. Hệ đo hiệu ứng Hall phẳng
Để khảo sát tính chất điện của cảm biến, chúng tôi tiến hành đo hiệu ứng từ điện trở trên cảm biến. Sơ đồ bố trí hệ đo đƣợc minh họa trên hình 2.4. Dòng điện không đổi đƣợc cấp bởi một nguồn dòng một chiều và thế nối ra đƣợc đo bằng máy đo.
Hình 2.4. Sơ đồ thí nghiệm đo hiệu ứng từ điện trở
Khi từ trường thay đổi lúc này xảy ra hiệu ứng Hall phẳng làm thay đổi tín hiệu nối ra.
Hình 2.5. Ảnh chụp hệ đo hiệu ứng từ điện trở
29
Trong quá trình tiến hành đo, cảm biến được đặt trong từ trường một chiều được tạo ra bởi một nam châm hoặc cuộn dây. Cường độ từ trường được đo bằng máy đo từ trường Gaussmeter. Các thiết bị hiển thị từ trường và thế ra của cảm biến đều đƣợc ghép nối với máy tính cho phép ghi nhận số liệu một cách chính xác và đầy đủ, ảnh chụp hệ đo thực tế nhƣ hình 2.5.
30 CHƯƠNG 3