Spintronischer Magnetfeldsensor

Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme

Magnetfeldsensoren ermöglichen eine kontaktlose, hochgenaue und zuverlässige Messung von Abständen, Geschwindigkeiten und Winkeln, selbst unter höchst anspruchsvollen Betriebsbedienungen wie z. B. heißen Ölbädern in Motoren oder extraterrestrischen Atmosphären.

Der am Fraunhofer ENAS entwickelte spintronische Magnetfeldsensor mit zweidimensionaler Vektorauflösung beruht physikalisch auf dem sogenannten Riesenmagnetowiderstandseffekt (GMR). Eine Vektorauflösung liefert neben dem Betrag des Magnetfeldes auch dessen Richtung im Raum, analog zu einem mechanischen Kompass im Erdmagnetfeld. Die monolithische Integration mehrerer sensitiver Raumachsen wird durch eine gezielte Lasermodifizierung erreicht. Bei dieser Modifizierung wird mithilfe eines Laserstrahls eine bestimmte magnetische Struktur mikroskopisch in das Sensormaterial dauerhaft eingeprägt. Weiterhin kommen bei der Sensorfabrikation Technologien wie PVD zur Herstellung der metallischen Nanoschichtsysteme sowie Plasmaätzprozesse zur geometrischen Strukturierung auf Waferebene zum Einsatz.

Insgesamt ermöglichen die eingesetzten Mikro- und Nanotechnologien die Herstellung von Magnetfeldsensoren mit hohem Signal-zu-Rausch-Verhältnis bei gleichzeitig sehr kurzen Antwortzeiten, einem beispiellosen Grad an Miniaturisierbarkeit sowie einem sehr niedrigen Energieverbrauch. Die GMR-Sensorik ist zudem in hohem Maße biokompatibel. Somit reichen die Einsatzmöglichkeiten der hergestellten Sensoren von der Luft- und Raumfahrt über die Automobilindustrie bis hin zur modernsten Medizintechnik.

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