2 新式微型磁传感器
2.1 高灵敏度GMI和SI微型磁传感器
GMI磁传感器由低磁致伸缩材料和CMOS集成威廉希尔官方网站
构成，利用磁性材料的巨磁阻抗（GMI）效应工作。所谓GMI效应，就是给低磁致伸缩非晶丝或者图形化薄膜元件加上高频（>10kHz）电流时，受外部磁场的作用，敏感元件的磁导率和趋肤效应就随磁场变化，结果，电感和电阻即阻抗发生急剧变化的现象。1992年，名古屋大学教授毛利佳年雄等人最先报导了这一新效应[1]。他们在研究中发现，用快淬富钴非晶丝，经过适当处理后，其阻抗变化率（△Z/Z）可达100～300%。近来，V•Zhukova等人报告，用成分为Co67 Fe3.85Ni1.45B11.5Si14.5Mo1.7的非晶细丝，在最佳条件（金属核直径/丝总直径ρ=0.98，在频率f=10MHz，通过电流I=0.75mA）下，由磁场感生的（△Z/Z）max≈615%。[2]另据日本东北大学教授荒井贤一报告，将铜导体（厚3μm,宽0.5mm）夹在非晶磁膜（Co73Si12B15合金：厚2μm，宽2mm，长10mm）中间，并在其间加上SiO2绝缘层，在元件长度方向施加直流外磁场和通过10MHz载波电流时，也可以得到大约600%的阻抗变化率和0.8%（A/m）的电压变化量。[3]
GMI磁传感器实用化的关键，一是选择合适的磁性材料，二是针对具体应用采用恰当的威廉希尔官方网站
系统。目前，日本Unitika股份有限公司已能够批量供应这种传感器用的丝材，它是把非晶合金CoFeSiB（λs=-10-7）冷拉成15～30μm直径，以后进行张力退火，在其表层感生出精确的圆周各向异性。也有将Co85Nb12Zr磁膜加工成长条形作传感器和用Co73Si12B15非晶磁膜与铜导体、SiO2绝缘层构成多层结构，做成外铁闭合磁路型传感器的。1997年，T•Kanno等人摸索到利用脉冲电流响应磁阻抗效应的CMOS FET 传感器威廉希尔官方网站
；高分辨率线性传感器在传感器电子线路中用负反馈回路，对高稳定开关型传感器则采用正反馈回路。日本爱知制钢公司于2001年用直径30μm长2mm CoFeSiB非晶丝开发出可高密度制造的CMOS型磁阻抗传感器集成威廉希尔官方网站
芯片，2002年又用φ20μm长1μm CoFeSiB非晶丝微机加工成CMOS型磁阻抗传感器集成威廉希尔官方网站
芯片。证明可向市场提供低成本大批量的GMI微型磁传感器产品。这种产品的主要性能指标列于表1，并向其他常用高性能磁传感器产品进行了比较。
2.2 SV-GMR传感器及其陈列
巨磁电阻（GMR）效应，最初是用厚度为数个原子层（数nm）的Fe/Cr多层膜，在4.2K加上1.6×107A/m磁场时发现的，[7]其电阻值的变化（△R/Ro,△R=R11-R1）高达46%，而且有AMR效应的单层金属膜最大才4～6%。1991年Parkin等人用Co/Cu多层膜，在室温下加磁场，使其电阻的变化达到了65%。但是，这种电阻变化所需的磁场太高，难以实用化。后来，改由易磁化自由磁性层（NiFe等）/铜间隔层/难磁化钉扎层（如Co）/反铁磁交换耦合层（FeMn等）组成的所谓SV-GMR结构元件，和CMOS集成威廉希尔官方网站
结合，在高密度HDD机中首先被实际用作读出磁头，接着又开发出实用型高灵敏度磁场传感器。现正在进行使用多个SV-GMR元件的微型磁传感器阵列开发。
2.3 薄膜磁通门磁强计
传统的磁通门磁强计，普遍用来测量1nT～1mT的弱磁场，分辨率可达到0.1nT。它们在航天飞行器姿态控制，探矿、考古、空间磁场探测和深潜探雷等军事活动中得到广泛的应用。
这种传统器件常用两个数厘米大的磁棒成磁环和多匝线圈构成。因而，很难小型化。此外，在使用过程中用手调节，需单独校准，给操作带来不便，成本也高。为此，正在积极开发磁性薄膜微型磁通门器件。
微型磁通门磁强计，系采用微电子技术，即用磁性薄膜、微机加工或标准平面工艺制成的励磁线圈与检测线圈制成。P•Ripka等人在硅基片上电镀上、下两层4μm的坡莫合金作磁芯，用3μm厚铝加工成的2个金属层被夹在坡莫合金层之间。用光刻工艺，使铝形成一个扁平励磁线圈和2个反串联的检测线圈；将坡莫合金膜光刻成4根长0.7mm长条，对称地放置在线圈两边，由它们组成励磁的两通道闭合磁路。整个器件类似一个双磁通门传感器，芯片尺寸只有2.5×4mm2。经检验，用脉冲励磁的噪声是20nTrms，磁滞在1mT以内，6mT磁场冲击引起的打火低于5μT。
2 新式微型磁传感器
2.1 高灵敏度GMI和SI微型磁传感器
GMI磁传感器由低磁致伸缩材料和CMOS集成威廉希尔官方网站
构成，利用磁性材料的巨磁阻抗（GMI）效应工作。所谓GMI效应，就是给低磁致伸缩非晶丝或者图形化薄膜元件加上高频（>10kHz）电流时，受外部磁场的作用，敏感元件的磁导率和趋肤效应就随磁场变化，结果，电感和电阻即阻抗发生急剧变化的现象。1992年，名古屋大学教授毛利佳年雄等人最先报导了这一新效应[1]。他们在研究中发现，用快淬富钴非晶丝，经过适当处理后，其阻抗变化率（△Z/Z）可达100～300%。近来，V•Zhukova等人报告，用成分为Co67 Fe3.85Ni1.45B11.5Si14.5Mo1.7的非晶细丝，在最佳条件（金属核直径/丝总直径ρ=0.98，在频率f=10MHz，通过电流I=0.75mA）下，由磁场感生的（△Z/Z）max≈615%。[2]另据日本东北大学教授荒井贤一报告，将铜导体（厚3μm,宽0.5mm）夹在非晶磁膜（Co73Si12B15合金：厚2μm，宽2mm，长10mm）中间，并在其间加上SiO2绝缘层，在元件长度方向施加直流外磁场和通过10MHz载波电流时，也可以得到大约600%的阻抗变化率和0.8%（A/m）的电压变化量。[3]
GMI磁传感器实用化的关键，一是选择合适的磁性材料，二是针对具体应用采用恰当的威廉希尔官方网站
系统。目前，日本Unitika股份有限公司已能够批量供应这种传感器用的丝材，它是把非晶合金CoFeSiB（λs=-10-7）冷拉成15～30μm直径，以后进行张力退火，在其表层感生出精确的圆周各向异性。也有将Co85Nb12Zr磁膜加工成长条形作传感器和用Co73Si12B15非晶磁膜与铜导体、SiO2绝缘层构成多层结构，做成外铁闭合磁路型传感器的。1997年，T•Kanno等人摸索到利用脉冲电流响应磁阻抗效应的CMOS FET 传感器威廉希尔官方网站
；高分辨率线性传感器在传感器电子线路中用负反馈回路，对高稳定开关型传感器则采用正反馈回路。日本爱知制钢公司于2001年用直径30μm长2mm CoFeSiB非晶丝开发出可高密度制造的CMOS型磁阻抗传感器集成威廉希尔官方网站
芯片，2002年又用φ20μm长1μm CoFeSiB非晶丝微机加工成CMOS型磁阻抗传感器集成威廉希尔官方网站
芯片。证明可向市场提供低成本大批量的GMI微型磁传感器产品。这种产品的主要性能指标列于表1，并向其他常用高性能磁传感器产品进行了比较。
2.2 SV-GMR传感器及其陈列
巨磁电阻（GMR）效应，最初是用厚度为数个原子层（数nm）的Fe/Cr多层膜，在4.2K加上1.6×107A/m磁场时发现的，[7]其电阻值的变化（△R/Ro,△R=R11-R1）高达46%，而且有AMR效应的单层金属膜最大才4～6%。1991年Parkin等人用Co/Cu多层膜，在室温下加磁场，使其电阻的变化达到了65%。但是，这种电阻变化所需的磁场太高，难以实用化。后来，改由易磁化自由磁性层（NiFe等）/铜间隔层/难磁化钉扎层（如Co）/反铁磁交换耦合层（FeMn等）组成的所谓SV-GMR结构元件，和CMOS集成威廉希尔官方网站
结合，在高密度HDD机中首先被实际用作读出磁头，接着又开发出实用型高灵敏度磁场传感器。现正在进行使用多个SV-GMR元件的微型磁传感器阵列开发。
2.3 薄膜磁通门磁强计
传统的磁通门磁强计，普遍用来测量1nT～1mT的弱磁场，分辨率可达到0.1nT。它们在航天飞行器姿态控制，探矿、考古、空间磁场探测和深潜探雷等军事活动中得到广泛的应用。
这种传统器件常用两个数厘米大的磁棒成磁环和多匝线圈构成。因而，很难小型化。此外，在使用过程中用手调节，需单独校准，给操作带来不便，成本也高。为此，正在积极开发磁性薄膜微型磁通门器件。
微型磁通门磁强计，系采用微电子技术，即用磁性薄膜、微机加工或标准平面工艺制成的励磁线圈与检测线圈制成。P•Ripka等人在硅基片上电镀上、下两层4μm的坡莫合金作磁芯，用3μm厚铝加工成的2个金属层被夹在坡莫合金层之间。用光刻工艺，使铝形成一个扁平励磁线圈和2个反串联的检测线圈；将坡莫合金膜光刻成4根长0.7mm长条，对称地放置在线圈两边，由它们组成励磁的两通道闭合磁路。整个器件类似一个双磁通门传感器，芯片尺寸只有2.5×4mm2。经检验，用脉冲励磁的噪声是20nTrms，磁滞在1mT以内，6mT磁场冲击引起的打火低于5μT。
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