Cả m biến dựa trờn cấu trỳc hai lớp Ta(5)/NiFe(20)/IrMn(10)/Ta(5) (nm)
được chế tạo với kớch thước vựng cảm nhận 3ì3àm2 như trờn Hỡnh 4.2. Trờn cảm
biến này, sự phụ thuộc của thế Hall phẳng và từ trường tỏc dụng và vào cường độ dũng điện chạy qua cảm biến đĩ được đo đạc và khảo s ỏt để từ đú đỏnh giỏ cỏc
thụng s ố hoạt động của cảm biến và so sỏnh với cỏc cảm biến cú chức năng tương tự.
Đối với cảm biến dựa trờn cấu trỳc hai lớp này, cấu hỡnh phộp đo được bố trớ
với dũng qua cảm biến Iđược cấp vào 2 cực nằm dọc theo trục Ox, s ong song với
phương của trục dễ (phương từ trường ghim – Hex), từ trường ngồi Happ tỏc dụng
lờn cảm biến được đặt theo phương Oy vuụng gúc với phương của dũng và trục từ húa dễ của cảm biến (xe m minh họa Hỡnh 4.6).
Hỡnh 4.6. Bố trớ phộp đo khảo sỏt hoạt động của cảm biến dựa trờn cấu trỳc màng 2 lớp NiFe/IrMn: dũng điệnIđược cấp song song với phương từ trường ghim Hex nằm
dọc theo trục Ox và từ trường ngồi Happhướngtheo phương Oy [15]. 4.3.1.1. Sự phụ th uộ c của thế Hall phẳ ng vào từ trường ngồi
Đường cong sự phụ thuộc của thế Hall phẳng VPHE thay đổi theo từ trường
ngồi đo trờn cỏc cảm biến đơn ở cỏc vị trớ nằm ở giữa và nằ m ở cạnh bờn trong chuỗi 24 cảm biến được biễu diễn trờn Hỡnh 4.7. Trong phộp đo này, dũng điện cú cường độ là 2 mA được cấp chạy qua 2 cực cảm biến và thế Hall được lấy ra từ 2 cực cũn lại vuụng gúc với chiều dũng điện. Ta cú thể nhận thấy từ trờn cỏc hỡnh,
giỏ trị VP HE ban đầu tăng nhanh theo quy luật gần như tuyến tớnh ở từ trường thấp
và đạt đến giỏ trị cực đại khoảng 118àV ở từ t rường H~ 80 Oe. Tiếp tục tăng từ
trường, VP HEgiảm và tiến gần đến 0 ở từ trường rất lớn H~ 800 Oe.Kết quả này
hồn tồn lặp lại kết quả nghiờn cứu vật liệu đĩ trỡnh bày trong Chương 3, mục
hai vị trớ khỏc nhau, một cảm biến nằ m ở ch ớnh giữa (cả m biến 1) và một cảm biến nằm ở bờn cạnh (cảm biến 2) của vi chớp BARC là g iống nhau về hỡnh dỏng, độ sắc nột cũng như độ lớn (Hỡnh 4.7) khẳng định độ lặp lạ i và tớnh đồng nhất của cỏc cảm biến đơn trong vi chớp. Đường đặc trưng này đều cú hệ quả của quỏ trỡnh đảo từ với sự quay của từ độ của lớp sắt từ NiFe lệch ra khỏi phương từ húa dễ khi cú mặt của từ trường ngồi.
Hỡnh 4.7. Cỏc cảm biến đơn được k hảo sỏt trong dĩy 24 cảm biến (a) và đường đặc trưng VPHE(H) phụ thuộc vào từ trường ngồi của cỏc cảm biến với dũng qua cảm
biến I = 2 mA (b) [15].
Độ dốc của đường cong ở vựng từ trường thấp khỏc nhau khụng đỏng kể, chỉ cú một sự khỏc biệt về độ lớn tớn hiệu trong đú cảm biến ở chớnh giữa cho tớn hiệu tốt hơn so với cảm biến ở phớa ngồi. Điều này cú thể được lớ giải là do sự khỏc nhau về cấu trỳc đơn đụ-men và phương ghim của từ trường khụng đồng nhất trờn tồn bộ dĩy.
Để phỏt hiện cỏc hạt từ, chỉ số quan trọng là độ nhạy của cảm biến, nghĩa là
độ dốc của đường cong VPHE(H) ở trong từ trường thấp. Từ đường cong thực
nghiệm, độ dốc của đường đặc trưng VPHE(H), độ nhạy tương ứng cho cảm biến 1 và
2 lần lượt nhận cỏc giỏ trị S = 5,0 và 4,5 àV/Oe. Sự khỏc nhau khoảng 10% giữa cỏc cảm biến đơn ở cỏc vị trớ khỏc nhau này là nằm trong giới hạn sai số chấp nhận được khi sử dụng cảm biến để phỏt hiện hạt từ.
Trong vựng từ trường nhỏ, H50 Oe, mụ-men từ của lớp NiFe hầu như vẫn
được giữ theo phương ghim của từ trường cho gúc θnhỏ, cos(θ)~ 1, đường đặc
trưngVPHE(H) là đường tuyến tớnh với độ nhạy của cảm biến được tớnh toỏn sử dụng
cụng thức (1.12) nhận cỏc giỏ trị từ 2,3 đến 2,5 m/Oe lần lượt với cỏc cảm biến ở
vựng cạnh và vựng giữa của vi chớp BARC [15]. Kết quả này phự hợp với kết quả thu được từ thực nghiệm đo đạc được ở trờn.
4.3.1.2. Ảnh hưở ng của cường độ dũng điện cấp qua cảm biến
Hỡnh 4.8. Đường đặc trưng VPHE(H) trong từ trường thấp, k hi đo với cỏc dũng qua cảm biến k hỏc nhau [15].
Đường đặc tớnh VPHE(H) trong từ trường thấp đĩ được nghiờn cứu với dũng
qua cảm biến thay đổi từ 0,5 đến 20 mA đĩ được chỉ ra trờn Hỡnh 4.8. Theo cụng thức (1.10), điện ỏp PHE sẽ phụ thuộc tuyến tớnh vào cường độ dũng qua cảm biến khi dũng này nhỏ và cảm biến khụng chịu ảnh hưởng của nhiễu nhiệt. Tuy nhiờn, đo đạc thực nghiệm trờn hệ màng này cho thấy tớn hiệu PHE vẫn ổn định ngay cả khi
dũng qua cảm biến cao, I = 20 mA. Thụng thường, hạn chế chủ yếu khi cảm biến
làm việc ở dũng điện lớn thườngliờn quan đến nhiệt độ trụi. Tuy nhiờn, như quan sỏt thấy ở đõy, vấn đề nàydườngnhư đĩ được khắc phục. Điều này cú thể được hiểulà
do nhiệt độ Blocking caocủaIrMn(TB=523K). Đõy sẽ là một cỏch hiệu quả để tăng độ nhạy cảmbiếnbằng cỏch tăng mật độ dũng cảm biến [63].
Hỡnh 4.9.Sự phụ thuộc củađiện ỏp PHE vào cường độ dũng điệnđo tại cỏc từ trường ngồi khỏc nhau [15].
Hỡnh 4.9 so sỏnh đỏp ứng của cảm biến với dũng qua cảm biến Ix thay đổi từ
0,5 đến 3,5 mA khi đặt từ trường ngồi thay đổi từ 10đến20Oe. Một điều rất thỳ vị là đỏp ứng của cảm biến tăng tuyến tớnh khi dũng qua cảm biến tăng. Đặc biệt, đối
với từ trường ngồi Happ= 20 Oe, đường đỏp ứng VPHE(I) ổn định hơn so với độ
nhạy của cỏc phộp đo trong từ trường ngồi đặt vào 10 và 15 Oe. Điều kiện tối ưu này cho phộp lựa chọn chế độ làm việc của biến ở từ trường dịch là 20 Oe [15].