Hiện nay cỏc hiệu ứng GMR đó được sử dụng nhiều trong cỏc lĩnh vực như cụng nghệ thụng tin làm đầu đọc từ GMR, bộ nhớ từ khụng tự xoỏ kiểu MRAM, v.v…Tuy nhiờn, cỏc lĩnh vực đú đũi hỏi một nền cụng nghệ cao mà
trong điều kiện kỹ thuật của nước ta hiện nay chưa đỏp ứng được. Nhằm
hướng đến một số ứng dụng đơn giản và phự hợp hơn, những khảo sỏt ở đõy tập trung cho mục đớch như làm cảm biến từ trường và phần tử chuyển mạch trong kỹ thuật đo lường và kỹ thuật điện tử.
Trờn cơ sở những kết quả nghiờn cứu trong luận văn cú thể định hướng ứng dụng hiệu ứng GMR trong một số trường hợp sau:
+ Cảm biến GMR xỏc định theo vị trớ: S N Phương tiếp cận của vật Nam chõm vĩnh cửu Pittụng Cảm biến GMR N S Phương chuyển động của pittụng
Hỡnh 1.12: (a) Nguyờn tắc phỏt hiện một vật khiđến gần cảm biến GMR.
(b) Ứng dụng cảm biến GMR làm bộ đỏnh lửa củađộng cơđốt trong
- Cảm biến gần, nguyờn lý như hỡnh vẽ (1.12 (a)). Khi vật cú từ trường tiến lại
gần cảm biến (hoặc ngược lại), từ trường làm thay đổi giỏ trị GMR của cảm biến. Tớn hiệu từ cảm biến được đưa đến cỏc mạch điều khiển ở bờn ngoài. Vớ dụ, kiểu cảm biến này được ứng dụng trong bộ điều khiển đỏnh lửa của động cơ đốt trong (hỡnh 1.12 (b)), bàn phớm khụng tiếp xỳc, cảm biến xỏc định vị trớ thẳng, cảm biến điều khiển sự thớch ứng của bộ giảm xúc ụtụ, cõn điện tử,
cảm biến ỏp suất cơ…
- Cảm biến vị trớ gúc như: vận tốc kế, bộ biến đổi gúc, đo độ nghiờn, động cơ
điện DC khụng chổi quột.
+ Kiểm tra khụng phỏ huỷ mẫu: Vớ dụ kiểm tra vết nứt ở ống thộp như (hỡnh 1.13), từ trường H do cuộn dõy sinh ra ở ống thộp, nếu cú vết nứt sẽ phõn tỏn ra ngoài như thấy ở hỡnh vẽ. Cảm biến GMR được đưa lại gần và rà khắp bề
mặt ống thộp. Ở những chổ cú vết nứt, cảm biến GMR sẽ đo và phỏt hiện từ trường thoỏt ra.
Vết nứt Cảm biến GMR
H
Cuộn dõy tạo từ trường
Hỡnh 1.13: Kiểm tra vật liệu khụng phỏ huỷ mẫu (ống thộp) bằng cảm biến GMR
+ Hỡnh 1.14 là kết quả đo điện trở suất phụ thuộc vào từ trường của một màng
mỏng dạng hạt Co30Ag70đo ở nhiệt độ phũng, chế tạo bằng cụng nghệ bốc
bay nổ mà luận văn này đó chế tạo được. Ta thấy ở từ trường cao 10kOe điện
trở suất của mẫu vẫn chưa đạt bảo hoà, rất thớch hợp cho việc ứng dụng để làm sensor đo từ trường cao. Trỡnh bày sau đõy là một ứng dụng của hiệu ứng GMR của màng dạng hạt Co28Ag72 làm sensor cho động cơ một chiều loại
khụng chổi quột. 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 -10 -5 0 Co30Ag70 5 10 H (kOe) Hỡnh 1.14: Tỷ số GMR(%) của màng mỏng dạng hạt Co30Ag70 chế tạo bằng cụng nghệ bốc bay nổ
Motors được sử dụng rộng rải trong lĩnh vực của điện học và từ học bởi vỡ hiệu suất cao của chỳng. Motor dc bao gồm một rotor là một nam chõm
G M R ( % )
điện và một stator là cỏc cuộn dõy, rotor quay được là nhờ dũng điện bờn
ngoài cung cấp cho cuụn dõy. Dũng điện này được điều khiển bởi sự tiếp xỳc giữa chổi quột và cỏc điện cực của rotor, đú là sự tương ứng giữa gúc quay của trục quay rotor. Chổi quột cú hai vai trũ đú là nhận ra gúc quay của rotor
và cắt dũng điện trong cuộn dõy để điều khiển tốc độ quay của rotor.
Cú những vấn đề trong việc sử dụng chổi quột của Motor, chổi quột làm mũn do ma sỏt và gõy ra tiếng ồn khi chổi quột thay đổi vị trớ tiếp xỳc giữa cỏc điện cực. Do đú cỏc Motor khụng chổi quột được sử dụng rộng rói để
đạt hiệu suất cao trong việc duy trỡ độ bền.
Trong cỏc Motor khụng chổi quột, vai trũ của chổi quột được thay thế bằng việc sử dụng hiệu ứng Hall sensors trong mạch bỏn dẫn. Những Hall sensor này tỡm ra gúc quay của rotor để cắt dũng điện trong cuộn dõy, trong
một Motor khụng chổi quột cú 2 nam chõm vĩnh cữu trong rotor và 4 cuộn
dõy trong stator, gúc quay của rotor được xỏc định bởi tớnh cú cực của 2 Hall
sensor, nguyờn lý hoạt động như (hỡnh vẽ 1.15)[15].
T3 W4 N H1 T4 H2 T1 V V2 V6V4 V8 W3 W2 S (a) W1 T2 00900 1800 (b) 2700 3600
Hỡnh 1.15: (a)Nguyờn tắc cấu tạo hoạtđộng của mụtơđiện khụng chổi quột (b) Thangđiện ỏpđiều khiểnđặt trưng của cỏc cuộn dõy
Tuy nhiờn, hạn chế thường gặp khi sử dụng sensor Hall là phụ thuộc
vào nhiệt độ. Như trỡnh bày trong (hỡnh vẽ 1.14(a)) sensor Hall chỉ làm việc được trong khoảng nhiệt độ nhỏ hơn 400K, nếu vượt quỏ nhiệt độ này thỡ sẽ
T h an g đ i ề u kh i ể n
khụng cũn chớnh xỏc nữa. Trong khi đú, đối với màng mỏng GMR thỡ nhiệt
độ làm việc mà vẫn di trỡ được độ chớnh xỏc thỡ cao hơn nhiều so với sensor
Hall.
(a) (b)
Hỡnh 1.16: (a) Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của tỷ số GMR của màng Co28Ag72 và của sensor Hall( GaAs). (b) Tỷ số GMR của màng Co28Ag72đẳng nhiệt theo thời
gian
Theo sự phụ thuộc vào nhiệt độ như (hỡnh vẽ 1.16(a)), tỷ số GMR của
màng mỏng dạng hạt Co28Ag72 chế tạo bằng phương phỏp phỳn xạ RF trờn đế thuỷ tinh trong điều kiện 0,4.10-3pa và 6,7.10-3pa Ar. Phỳn xạ với bia là một tấm Ag cú đường kớnh 3’’ và dày 0,2’’ với sự kết hợp của cỏc mảnh Co cú kớch thước 5x5x1mm3, bề dày của màng khoảng 200nm, thành phần của màng được điều khiển bởi sự thay đổi số mảnh Co, đo ở từ trường 10kOe là 13% tại nhiệt độ phũng và giảm xuống 4% tại 5730K. Mặt khỏc hiệu ứng GMR đạt được 10% và ổ định ở giỏ trị này trong khoảng thời gian 7,2Ks ở nhiệt độ
773K hay 100Ks với nhiệt độ 673K khi nhiệt độ hạ thấp hơn nữa thỡ độ bền
và độ định của hiệu ứng GMR cú thể đạt đến khoảng 10 năm. Màng mỏng dạng hạt Co28Ag72 cú 4% hiệu ứng GMR trong động cơ mụ tơ cú thể dũ ra
3000rpm (Round Per Minute)[16]. Điều này cú nghĩa là màng mỏng dạng hạt
Co28Ag72 thớch hợp cho việc chế tạo sensor trong ứng dụng này.
Màng mỏng dạng hạt Co28Ag72 làm sensor trong động cơ khụng chổi quột được lắng đọng trờn đế thuỷ tinh cú kớch thước 1x5mm2, hiệu ứng GMR
là đẳng hướng khụng phõn biệt được hai cực từ, vỡ vậy sensor được gắn thờm một nam chõm vĩnh cữu và làm việc trong khoảng tuyến tớnh. Những sensor hầu hết được bố trớ trong Motor để nhận biết gúc quay của rotor. Motor một chiều khụng chổi quột đang thử nghiệm là FLB575 (Oriental Motor Co.), điện ỏp khụng thay đổi được ỏp dụng trong sensor và tớn hiờu được khuếch đại lờn 1000-10000 lần.
Chương II : THỰC NGHIỆM
Cú nhiều phương phỏp khỏc nhau để tạo ra vật liệu cú hiệu ứng GMR như cụng nghệ nguội nhanh, phỳn xạ, bốc bay trong chõn khụng, bay hơi
bằng Laze, điện hoỏ, lắng đọng hoỏ học và một số phương phỏp khỏc
nữa…Tuy nhiờn đối với cỏc vật liệu GMR cú cấu trỳc dạng hạt chủ yếu đều
được chế tạo bằng phương phỏp bốc bay trong chõn khụng và nguội nhanh. Đõy cũng là hai phương phỏp mà luận văn đó chọn để chế tạo mẫu và cũng là những phương phỏp thớch hợp trong điều kiện kỹ thuật của nước ta hiện nay.
Sau đay là phần trỡnh bày của hai cụng nghệ này.
2.1.Cụng nghệ chế tạo mẫu: