推动存储技术与传感技术变革的TMR

电子发烧友网报道（文/李宁远）磁阻效应的应用在很多领域都有着身影，作为一类重要且不可替代的技术已经在日常生活、工业制造、汽车电子和航空航天等各个领域扮演了重要的角色。磁阻传感最基本的原理都基于最原始的磁阻效应，在通有电流的导体上施加磁场导体电阻值会发生明显的变化。
 
TMR指的是隧道磁阻效应，在其他几个相似技术中有着最明显最灵敏的的磁阻效应，在信息储存领域和传感领域推动了技术变革。
 
隧道磁阻效应推动信息存储发展
 
TMR隧道磁阻效应建立在巨磁阻效应基础上，具体来说，隧道磁阻是指在铁磁—绝缘体薄膜—铁磁材料中，其穿隧电阻大小随两边铁磁材料相对方向变化的效应。通过施加外磁场可以改变两铁磁层的磁化方向，从而使得隧穿电阻发生变化，导致TMR效应的出现。
 
TMR效应具有磁电阻效应大、磁场灵敏度高等独特优势。相应的，不论是其结构复杂度、成本还是工艺难度，都远高于其他磁阻效应。
 
TMR技术最早的应用是在存储领域，当时应用在工业电脑硬盘上，用作磁头。这一点和GMR类似，不过TMR磁头进一步提高可记录密度，磁阻型磁头的应用大大促进了硬磁盘驱动器性能的提高。随着时代发展对信息的容量，高质量的储存越来越重视，TMR在存储领域一直有着相关的应用。
 
基于TMR效应制作的磁随机存储器MRAM芯片具有集成度高、非易失性、读写速度快、可重复读写次数大、抗辐射能力强、功耗低和寿命长等优点，它既可以做计算机的内存储器，也可以做外存储器。
 
做外存储时，基于TMR的MRAM比Flash存取速度更快、功耗更小、寿命更长；做内存储时，基于TMR的MRAM比其他半导体内存存取速度更快、抗干扰能力更强。
 
在未来的存储发展中，TMR技术仍然将在其中发挥出重要作用，为读写速度更快、保留时间更长、存储密度更高、能耗更低的MRAM提供技术支持。
 
向多应用普及的隧道磁阻传感
 
TMR效应具有磁电阻效应大、磁场灵敏度高等独特优势，在任何磁相关传感中也有着广阔的应用空间。与它高技术门槛相匹配的是，TMR效应的传感器有着绝对碾压其他效应传感器的参数指标，灵敏度上的领先是数量级的，磁电阻比在50%以上，响应时间上可以到0.1ns水平。
 
当然，其结构复杂度、成本还有工艺难度，都很高。目前市面上能提供相应产品和技术的厂商不算多。在成本和技术难度的制约下，此前TMR传感应用得一直不如AMR传感和GMR传感。而且很多场景里，AMR传感和GMR传感也能够胜任。
 
不过近两年，市面上可以看到TMR传感逐渐多了起来，这种结构复杂，工艺要求和成本都很高的传感器随着材料与元器件以及电路技术的发展，现在应用愈发广泛。
 
在非接触式电流感测到线性到接近测量等各种应用中，TMR的应用可以带来很明显的优势。这种宽动态范围的器件，能以灵敏度范围迅速响应各种变化，同时其最大可承受电流能达到1000A以上。对于汽车、工业等领域的需要支持大电流的磁传感来说，是足够可靠也足够精准的传感选择。
 
在电机相关的角度传感中，TMR能够进行全360°旋转辨别，可实现均匀磁场角度的精确测量，且只对角度敏感，对外场强度不敏感，在极端温度下能保证测量的准确性，性能也是优于传统的线性传感。
 
小结
 
TMR技术不仅推动了信息存储的变革，在磁传感上也推动了高精度磁传感的进步。随着TMR技术的进一步迭代，TMR传感在自动化技术、家用电器、商标识别、卫星定位、导航系统以及精密测量技术方面会铺开更多应用。