8.1. TERMOELEMENT PELTIERA (CHAODZIARKA TERMOELEKTRYCZNA) Termoelement Peltiera jest w istocie pompÄ… ciepla zbudowanÄ… w technologii pólprzewodnikowej i może być używany do chlodzenia, grzania lub stabilizacji temperatury ale jego podstawowe zastosowanie to chlodziarka termoelektryczna (TEC - thermoelectric cooler). Elementy TEC znajdujÄ… zastosowanie w przenoÅ›nych chlodziarkach niedużych mocy (rzÄ™du 100 W), w kamerach CCD, do chlodzenia mikroprocesorów, diod laserowych i innych mikroukladów elektronicznych gdzie wymagane jest intensywne odprowadzanie ciepla. Efekt Peltiera, odkryty w 1834 r, polega na wydzielaniu lub pochlanianiu ciepla na styku dwu materialów w zależnoÅ›ci od kierunku przeplywajÄ…cego prÄ…du. Wielkość wydzielanego ciepla Q i jego znak zależą od rodzaju stykajÄ…cych siÄ™ materialów oraz iloÅ›ci ladunku przeplywajÄ…cego przez zlÄ…cze dQ = I dt (8.1) przy czym wspólczynnik Peltiera = - jest proporcjonalny do różnicowej sily termoelektrycznej Ä… ( = Ä… T). ZmieniajÄ…c kierunek I otrzymuje siÄ™ z wyrażenia (8.1) zmianÄ™ znaku przy dQ (w odróżnieniu od ciepla Joule`a, które zależy od kwadratu prÄ…du) i zlÄ…cze chlodzone zacznie siÄ™ ogrzewać oraz na odwrót. Praktyczne wykorzystanie zjawiska stalo siÄ™ możliwe dziÄ™ki zastosowaniu pólprzewodników o dobrym przewodnictwie elektrycznym i slabym przewodnictwie cieplnym. Mechanizm zjawiska można objaÅ›nić poslugujÄ…c siÄ™ schematem pasmowym zlÄ…cza metal-pólprzewodnik, rys.8.1. ms WF Rys.8.1. ZlÄ…cze metal - pólprzewodnik typu n WV W takim przypadku w przewodnictwie biorÄ… udzial elektrony bliskie energii Fermiego W w metalu oraz elektrony pasma przewodnictwa 133 w pólprzewodniku. Jak wynika z rys.8.1 Å›rednia energia elektronów przewodnictwa w metalu jest niższa niż w pólprzewodniku. PrzejÅ›cie elektronów z metalu do pólprzewodnika zwiÄ…zane jest z pokonaniem bariery potencjalu i koniecznoÅ›ciÄ… pobrania energii od sieci czyli ochlodzeniem zlÄ…cza. Zmiana kierunku prÄ…du powoduje, że nadmiar energii elektronów przechodzÄ…cych z pólprzewodnika do metalu zostanie oddany sieci i wydzieli siÄ™ cieplo. Dobroć materialu termoelektrycznego można wyrazić jako 2 Ä… à z = º Istotne sÄ… wiÄ™c duża różnicowa sila termoelektryczna Ä… (co odpowiada dużemu ), male przewodnictwo cieplne materialu º i duża konduktancja Ã. W praktycznych wykonaniach modul termoelektryczny TEC zbudowany jest z pewnej iloÅ›ci par pólprzewodników n oraz p polÄ…czonych szeregowo za pomocÄ… elektrod metalicznych i umieszczonych miÄ™dzy dwiema plytkami ceramicznymi, rys.8.2. cieplo absorbowane plytka ceramiczna n p izolacja elektryczna elektrody I cieplo oddawane Rys.8.2. Przekrój modulu termoelektrycznego z pokazanÄ… parÄ… polÄ…czonych szeregowo pólprzewodników n oraz p; wykorzystywanym najczęściej materialem jest Bi Te domieszkowany donorowo lub akceptorowo W konfiguracji jak na rys.8.2 cieplo jest transportowane od górnej (chlodzonej) plytki do dolnej. Moduly mogÄ… być lÄ…czone równolegle aby zwiÄ™kszyć ilość pompowanego ciepla, albo mogÄ… być nakladane jeden na drugi (kaskada) aby zwiÄ™kszyć różnicÄ™ temperatur miÄ™dzy granicznymi powierzchniami chlodziarki. Jeżeli nie jest wymagana różnica temperatur miÄ™dzy powierzchniami gorÄ…cÄ… i zimnÄ… wiÄ™ksza od ok. 60 C, wystarczy modul jednostopniowy. Typowe dane charakterystyczne chlodziarki sÄ… nastÄ™pujÄ…ce: 134 Q - maksymalna ilość pompowanego ciepla przy "T = 0 "T - maksymalna osiÄ…galna różnica temperatur miÄ™dzy koÅ„cami gorÄ…cym i zimnym bez obciążenia cieplnego I - maksymalny (optymalny) prÄ…d wejÅ›ciowy w amperach V - maksymalne napiÄ™cie przy obciążeniu prÄ…dowym I Jako zalety chlodziarek termoelektrycznych należy wymienić malÄ… masÄ™ i wymiary, cichÄ… pracÄ™, brak części ruchomych, male szumy, latwość sterowania temperaturÄ… z użyciem regulatora. Problemy wystÄ™pujÄ… wtedy, gdy wymagana wielkość chlodzenia przekracza 200W. 8.2. WARYSTOR Warystor jest rezystorem pólprzewodnikowym o wartoÅ›ci rezystancji zależnej od napiÄ™cia. DziÄ™ki takiej wlaÅ›ciwoÅ›ci warystory stosowane sÄ… przede wszystkim jako elementy zabezpieczajÄ…ce obwody elektryczne przed przepiÄ™ciami. Nieliniowa charakterystyka napiÄ™ciowo-prÄ…dowa warystora jest typu potÄ™gowego [87] ² U = A I (8.2) gdzie wspólczynnik ² przyjmuje wartoÅ›ci w granicach od 0,1 do 1,0. Wspólczynniki A i ² zależne sÄ… od rodzaju materialu, z którego wykonany jest dany element, a także częściowo od geometrii warystora. Ksztalt charakterystyki (8.2), przedstawionej na rys.8.3 wskazuje, że warystor jest elementem symetrycznym o wlaÅ›ciwoÅ›ciach niezależnych od kierunku przeplywajÄ…cego prÄ…du. U Rys.8.3. Charakterystyka napiÄ™ciowo- I U prÄ…dowa typowego warystora (a) oraz jego symbol graficzny (b) Charakterystyka opisana równaniem (8.2), po obustronnym zlogarytmowaniu, przedstawia liniÄ™ prostÄ… logU = log A + ² log I (8.3) 135 w logarytmicznym ukladzie wspólrzÄ™dnych (logU, logI). Po zróżniczkowaniu zależnoÅ›ci (8.3) otrzymuje siÄ™ wyrażenie pozwalajÄ…ce zdefiniować ² jako wspólczynnik okreÅ›lajÄ…cy nieliniowość charakterystyki dU dI = ² (8.4a) U I dU ´R dI ² = = (8.4b) U R I Tak wiÄ™c ² jest równe stosunkowi rezystancji różniczkowej do rezystancji Å›redniej w danym punkcie charakterystyki. Przebieg charakterystyki rzeczywistego warystora odbiega od zależnoÅ›ci liniowej (8.3) w zakresie malych prÄ…dów (mniejszych od ok. 10 A) oraz w zakresie prÄ…dów dużych (wiÄ™kszych od ok. 100A), rys.8.4. 1000 tg Ä… = ² Ä… A 10 10 10 10 10 10 10 prÄ…d (A) Rys.8.4. Charakterystyka warystora ZnO w ukladzie wspólrzÄ™dnych logarytmicz- nych; stala A równa jest wartoÅ›ci napiÄ™cia dla jednostkowego prÄ…du Z przebiegu charakterystyki dowolnego warystora w ukladzie podwójnie logarytmicznym można wiÄ™c wyznaczyć wspólczynnik nieliniowoÅ›ci ² oraz stalÄ… A. StosujÄ…c warystor w ukladach prÄ…du stalego i zmiennego poslugujemy siÄ™ pojÄ™ciami rezystancji statycznej i dynamicznej. RezystancjÄ™ statycznÄ… okreÅ›la wyrażenie U R = = AI² -1 (8.5) I napi Ä™ cie (V) 136 a rezystancjÄ™ dynamicznÄ… dU ² -1 r = = ² AI = ² R (8.6) dI Tak wiÄ™c rezystancja dynamiczna warystora jest mniejsza od rezystancji statycznej. Do produkcji warystorów stosuje siÄ™ najczęściej wÄ™glik krzemu (SiC) oraz tlenek cynku (ZnO) w postaci spieków ceramicznych z odpowiednimi domieszkami. Ksztalt elementu nadaje siÄ™ w trakcie prasowania proszku. Po spieczeniu i nalożeniu elektrod (pasta Ag) oraz ich wypaleniu, przylutowuje siÄ™ druty wyprowadzeniowe i w koÅ„cowym etapie naklada lakiery żywiczne, rys.8.5. Wytworzony warystor poddaje siÄ™ starzeniu elektrycznemu i cieplnemu aby ustabilizować jego parametry. hermetyzacja żywiczna elektroda Ag doprowadzenie Rys.8.5. Warystor w postaci dysku Brak jest jednolitej teorii tlumaczÄ…cej nieliniowość charakterystyki warystora. W przypadku SiC wprowadza siÄ™ m.in. koncepcjÄ™, że na powierzchni ziarna nastÄ™puje inwersja typu przewodnictwa i w zwiÄ…zku z tym ziarna tworzÄ… szeregowe, przeciwsobne polÄ…czenia diod. Charakterystyka pokazana na rys. 8.3 w istocie przypomina przebieg dla szeregowego ukladu dwu diod p-n polÄ…czonych przeciwsobnie. Inna teoria objaÅ›nia gwaltowny wzrost prÄ…du ze wzrostem napiÄ™cia jako efekt zimnej emisji elektronów z ostrych krawÄ™dzi ziarn powodowanej przez lokalne silne pola elektryczne. Istnieje też koncepcja, która przypisuje wzrost konduktancji zjawisku nagrzewania siÄ™ styków ziarn, czyli obszarów o zwiÄ™kszonej rezystancji, ze wzrostem natężenia prÄ…du. Każdy z mechanizmów wspomnianych wyżej może być istotny w zjawisku nieliniowych zmian prÄ…du pod wplywem napiÄ™cia w warystorze. BÄ™dzie to zależalo od rodzaju użytego materialu, a dla 137 danego materialu od polożenia punktu pracy na charakterystyce napiÄ™ciowo-prÄ…dowej. Typowe zastosowania warystorów to zabezpieczenia przed przepiÄ™ciami w ukladach pólprzewodnikowych, w ukladach z obciążeniem indukcyjnym (przekazniki, styczniki, dlawiki), w instalacjach samochodowych, w systemach telewizji kablowej i telefonii komórkowej, w zasilaczach, w systemach zabezpieczeÅ„ przed elektrycznoÅ›ciÄ… statycznÄ…. DziÄ™ki lÄ…czeniu warystora z typowymi rezystorami uzyskuje siÄ™ elementy o charakterystykach wykorzystywanych w regulacji automatycznej. 8.3. HALLOTRON Hallotron jest przyrzÄ…dem pólprzewodnikowym, którego dzialanie jest oparte na zjawisku galwanomagnetycznym zwanym efektem Halla. Jeżeli przez próbkÄ™, rys.8.6a, przepuÅ›cimy w kierunku x prÄ…d I , a w kierunku z przylożymy pole magnetyczne B , to na kierunku y pojawi siÄ™ napiÄ™cie, zwane napiÄ™ciem Halla, równe RH Uy = Å‚ IxBz = IxBz (8.7) d gdzie R jest tzw. stalÄ… Halla, a d gruboÅ›ciÄ… próbki. (b) (a) z Bz d U y y x Ix Rys.8.6. Powstawanie napiÄ™cia Halla w pólprzewodniku (a) oraz symbol graficzny Hallotronu (b) Stala Halla dla pólprzewodnika domieszkowanego z noÅ›nikami jednego rodzaju wynosi A RH =Ä… (8.8) Nq 138 gdzie A jest czynnikiem zależnym od mechanizmu rozpraszania noÅ›ników (dla pólprzewodników, w których dominuje rozpraszanie na drganiach cieplnych sieci A = 3Ä„/8), N jest koncentracjÄ… noÅ›ników (elektronów lub dziur), a znak zależy od rodzaju noÅ›ników ( + dla dziur a dla elektronów). W ten sposób ze znajomoÅ›ci stalej Halla wyznacza siÄ™ koncentracjÄ™ noÅ›ników ladunku w pólprzewodniku oraz rodzaj noÅ›ników. Iloczyn stalej Halla i konduktywnoÅ›ci pozwala wyliczyć ruchliwość holowskÄ… µ bÄ™dÄ…cÄ… jednym z podstawowych parametrów materialu pólprzewodnikowego µH = RHà (8.9) FizycznÄ… przyczynÄ… powstawania napiÄ™cia holowskiego jest sila
Lorentza F dzialająca na nośniki ladunku poruszające się w polu
magnetycznym z prędkością v
F = qv × B (8.10) Sila ta powoduje odchylenie noÅ›ników prostopadle do plaszczyzny,
w której leżą wektory v i B . W ten sposób na jednej ze Å›cianek prostopadlej do kierunku y (rys.8.6a) gromadzi siÄ™ ladunek okreÅ›lonego znaku, a na drugiej Å›ciance nieskompensowany ladunek przeciwnego znaku. Rozdzielenie ladunków jest przyczynÄ… powstania pola elektrycznego, które dziala na odchylane noÅ›niki silÄ… przeciwnie skierowanÄ… do sily Lorentza. Gdy sily te zrównajÄ… siÄ™, ladunek przestaje wzrastać i nastÄ™puje stan równowagi. Jako materialy do wytwarzania hallotronów stosuje siÄ™ pólprzewodniki o dużych ruchliwoÅ›ciach noÅ›ników takie jak Si, Ge, InSb, HgTe, HgSe. Hallotrony wytwarzane sÄ… w postaci plytek wyciÄ™tych z krysztalu pólprzewodnikowego lub w postaci cienkich warstw nanoszonych próżniowo na podloże izolacyjne. Każdy hallotron posiada cztery elektrody: dwie prÄ…dowe i dwie holowskie. Obwód prÄ…dowy oraz obwód pola magnetycznego tworzÄ… dwa obwody wejÅ›ciowe. Zaciski do pomiaru napiÄ™cia Halla należą do obwodu wyjÅ›ciowego. Praktyczne wykonania hallotronów muszÄ… spelnić takie wymagania jak: duże napiÄ™cie i moc wyjÅ›ciowa, duża czulość, liniowość, niezależność parametrów hallotronu od temperatury, maly prÄ…dowy sygnal sterujÄ…cy. W zależnoÅ›ci od przeznaczenia kladzie siÄ™ wiÄ™kszy nacisk na pewne istotne parametry hallotronu, gdyż trudno jest spelnić wszystkie wymagania jednoczeÅ›nie. MajÄ…c na wzglÄ™dzie pelny opis wlaÅ›ciwoÅ›ci hallotronu okreÅ›la siÄ™ jego charakterystyki statyczne przy okreÅ›lonych parametrach stalych. 139 Jako wielkość wyjÅ›ciowÄ… przyjmuje siÄ™ napiÄ™cie Halla U a jako wejÅ›ciowe prÄ…d sterujÄ…cy I , zależny od obciążenia prÄ…d w obwodzie wyjÅ›ciowym I oraz pole magnetyczne B. W ten sposób można otrzymać trzy rodziny charakterystyk w postaci zależnoÅ›ci napiÄ™cia Halla od jednej z wielkoÅ›ci wejÅ›ciowych przy dwu pozostalych wielkoÅ›ciach stalych. W praktyce dąży siÄ™ do tego aby charakterystyki hallotronu byly liniowe. Zmiany temperatury czy też zmiany rezystancji hallotronu w funkcji pola magnetycznego sÄ… glównymi przyczynami wystÄ™pujÄ…cych nieliniowoÅ›ci. Hallotrony znajdujÄ… zastosowanie glównie w miernictwie i technice sensorowej, ale także w energetyce czy elektronice. Jako przyklady tych zastosowaÅ„ można wymienić. 1. Pomiar wartoÅ›ci i rozkladu przestrzennego pola magnetycznego, w szczególnoÅ›ci jako czujnik w ukladach stabilizacji pola wytwarzanego przez elektromagnesy. 2. Pomiary natężeÅ„ prÄ…dów rzÄ™du tysiÄ™cy amperów w wyniku oddzialywania na hallotron pola magnetycznego wytwarzanego przez przewodnik z prÄ…dem (unika siÄ™ w ten sposób przerywania ciÄ…gloÅ›ci przewodu). 3. Pomiary mocy prÄ…du stalego lub zmiennego (aż do czÄ™stotliwoÅ›ci kilku GHz ). PrÄ…d w obwodzie pomiarowym jest zródlem pola magnetycznego przykladanego do hallotronu, a prÄ…d sterujÄ…cy hallotronu jest proporcjonalny do napiÄ™cia na odbiorniku energii. NapiÄ™cie Halla jako iloczyn wielkoÅ›ci sterujÄ…cych jest miarÄ… mocy wydzielanej w obciążeniu. 4. Rejestracja przemieszczenia poziomego, pionowego lub obrotu obiektu, do którego przymocowany jest magnes oddzialujÄ…cy na nieruchomy hallotron. Analogicznie można również rejestrować drgania obiektu. 5. Hallotron jako część skladowa komutatora bezszczotkowego silnika elektrycznego. 8.4. MAGNETOREZYSTOR WspólczeÅ›nie używane magnetorezystory jako warstwy metaliczne nie sÄ… wprawdzie przyrzÄ…dami pólprzewodnikowymi w pelnym znaczeniu tego slowa ale ich rola w elektronice, jako rezystorów czulych na zmiany pola magnetycznego, szybko roÅ›nie i z tego wzglÄ™du zostanÄ… krótko omówione w tym rozdziale. PoczÄ…tkowo rezystory czule na pole magnetyczne wytwarzano w oparciu o pólprzewodniki (nazywane wtedy gaussotronami). Dla 140 pólprzewodników zmiana rezystancji towarzyszy efektowi Halla a wielkość obserwowanej zmiany zależy od ksztaltu próbki (stosunku dlugoÅ›ci do szerokoÅ›ci), ruchliwoÅ›ci noÅ›ników µ i wielkoÅ›ci pola B ("Á /Á ~ (µB) ). Dla próbek o dużej ruchliwoÅ›ci noÅ›ników uzyskiwane czuloÅ›ci pozwalaly wykorzystywać magnetorezystory do pomiaru pól magnetycznych wiÄ™kszych od 2 kGs. Obecnie wykorzystuje siÄ™ zjawisko magnetorezystancyjne zachodzÄ…ce w metalach ferromagnetycznych [90]. Sam efekt okreÅ›lany jako zjawisko Thomsona (Kelvina) lub magnetorezystancyjne zjawisko anizotropowe (AMR) zostal odkryty jeszcze w XIX wieku, ale jego praktyczne wykorzystanie stalo siÄ™ możliwe dopiero dziÄ™ki wprowadzeniu technologii cienkich warstw ferromagnetycznych. W takich materialach rezystywność uwarunkowana jest stanem namagnesowania próbki Á = Á (M). W cienkiej warstwie mechanizm magnesowania jest zbliżony do modelu jednodomenowego, gdzie niewielkie pole magnetyczne wystarcza do zmiany kierunku wektora . W ten sposób uzyskuje siÄ™ czuloÅ›ci o dwa rzÄ™dy wiÄ™ksze niż w przypadku typowych czujników hallotronowych. Materialy na cienkowarstwowe magnetorezystory to przede wszystkim stopy niklowo-żelazowe, niklowo-kobaltowe i niklowo- żelazowo-kobaltowe o dobranych eksperymentalnie skladach. Charakter zmian rezystancji magnetorezystora cienko- warstwowego w funkcji zewnÄ™trznego pola magnetycznego jest w znacznym stopniu zależny od kÄ…ta jaki tworzy kierunek prÄ…du wzglÄ™dem tzw. osi anizotropii magnetycznej (osi latwego magnesowania, którÄ… indukuje siÄ™ w warstwie w trakcie procesu technologicznego). Jeżeli kÄ…t ten jest równy Ä… 45 , to uzyskuje siÄ™ rezystor o liniowej zależnoÅ›ci zmian rezystancji w funkcji pola magnetycznego. Opracowany przez firmÄ™ Philips czujnik typu Barber-pole jest zbudowany w ten sposób, że na ferromagnetycznÄ… Å›cieżkÄ™ naniesione sÄ… pod kÄ…tem 45 paski metalu (Au, Al) dobrze przewodzÄ…cego prÄ…d, rys.8.7. Geometria ta sprawia, że kierunek przeplywu prÄ…du tworzy kÄ…t 45 z osiÄ… anizotropii (jest niÄ… oÅ› próbki) i uzyskuje siÄ™ w przybliżeniu liniowÄ… charakterystykÄ™ czujnika. Nalożenie pasków pod kÄ…tem 45 umożliwia uzyskanie magneto- rezystora o charakterystyce różnicowej w stosunku do rezystora z paskami pod kÄ…tem +45 . W ten sposób można uzyskać kompensacjÄ™ skladowej stalej rezystancji np. poprzez wlÄ…czenie magnetorezystorów różnicowych w sÄ…siednie galÄ™zie ukladu mostkowego. 141 L I B Rys. 8.7. Czujnik magnetorezystancyjny typu Barber-pole; L jest kierunkiem osi anizotropii Takie firmy jak Philips czy Sony wytwarzajÄ… różne odmiany magnetorezystorów omawianego typu w konfiguracjach jedno- i wieloÅ›cieżkowych, w wersji pólmostka i pelnego mostka. Firmy NEC oraz Honeywell oferujÄ… magnetorezystory jako elementy zintegrowane z ukladem pomiarowym. Pod koniec lat osiemdziesiÄ…tych (Baibich 1988) odkryto zjawisko zwane gigantycznÄ… magnetorezystancjÄ… GMR (giant magnetoresistance) polegajÄ…ce na gwaltownym spadku rezystancji w obecnoÅ›ci pola magnetycznego. Efekt ten wystÄ™puje w strukturach wielowarstwowych, w których warstwy materialu magnetycznego (Fe, Co) przedzielone sÄ… cienkÄ… warstwÄ… metalu niemagnetycznego (Cu, Ag). Mechanizm zjawiska ilustruje rys.8.8. B = 0 B > 0 M M M M Fe Fe (a) (b) Rys.8.8. Struktura warstwowa GMR skladajÄ…ca siÄ™ z dwu warstw ferromagnetycznych z przekladkÄ… niemagnetycznÄ… wykazujÄ…ca uporzÄ…dkowanie antyferromagnetyczne (a), które przechodzi w uporzÄ…dkowanie ferromagnetyczne w zewnÄ™trznym polu magnetycznym (b) Rozpraszanie elektronu w ferromagnetyku (a wi Ä™c i jego ruchliwość) zależy m.in. od kierunku spinu tego elektronu wzgl Ä™dem kierunku wektora namagnesowania. Przy zgodnych kierunkach rozpraszanie jest male, a przy przeciwnych duże. W strukturze GMR przy braku zewnÄ™trznego pola magnetycznego warstwy magnetyczne na skutek 142 oddzialywania wzajemnego namagnesowane s Ä… antyrównolegle i wtedy zarówno elektron ze spinem w górÄ™ jak i elektron ze spinem w dól trafi na warstwÄ™ niekorzystnie namagnesowanÄ… (rys.8.8a). Przy zmianie uporzÄ…dkowania na ferromagnetyczne, po przylo żeniu zewnÄ™trznego pola magnetycznego, część elektronów o korzystnie zorientowanym spinie przejdzie przez wszystkie warstwy bez rozpraszania daj Ä…c wklad w obniżenie rezystancji. W praktyce wytwarza siÄ™ struktury zwane supersieciami, gdzie uklad warstwa magnetyczna / warstwa niemagnetyczna powtarzany jest wiele razy (np. 100). Charakterystyka takiego ukladu przedstawiona jest na rys.8.9. "Á ( ) Á 100 = 50 25 -1,0 - 0,5 1,0 0 0,5 B (T) Rys.8.9. WzglÄ™dna zmiana rezystancji w funkcji pola magnetycznego struktury GMR w postaci supersieci [Co (1,1nm) Cu (0,9nm)] " 100 WadÄ… omówionego ukladu czujnika GMR jest konieczno ść użycia dużego pola magnetycznego niezbÄ™dnego do przemagnesowania warstw. W zwiÄ…zku z tym rozwiniÄ™to technologiÄ™ pewnej odmiany tej struktury zwanÄ… zaworem spinowym , gdzie wymagane jest znacznie niższe natężenie pola magnetycznego. W takich strukturach jedna z warstw ferromagnetycznych jest silnie sprz ężona z warstwÄ… antyferromagnetycznÄ…, np. FeMn, a przemagnesowanie tej warstwy ferro wymagaloby pola o dużym natężeniu. Druga warstwa ferromagnetyczna z miÄ™kkiego magnetyka, np. NiFe, jest przemagnesowywana polem o malym natężeniu. Przekladka Cu miÄ™dzy warstwami ferro ma grubość uniemożliwiajÄ…cÄ… sprzężenie magnetyczne miÄ™dzy tymi warstwami. Uzyskuje siÄ™ w ten sposób dużą czulość i możliwość miniaturyzacji magnetorezystora. Zalety czujników magnetorezystancyjnych sprawily, że wykorzystuje siÄ™ je do konstrukcji glowic odczytowych dysków magnetycznych o dużej gÄ™stoÅ›ci zapisu. Firma IBM wprowadzila takie glowice do seryjnej produkcji w 1985 r, pocz Ä…tkowo do odczytu danych 143 zapisanych na taÅ›mach magnetycznych, a nastÄ™pnie na twardych dyskach. Obecnie wszystkie ważne firmy produkujÄ…ce sprzÄ™t komputerowy stosujÄ… glowice magnetorezystancyjne w napÄ™dach dyskowych. ZasadÄ™ budowy takiej glowicy ilustruje rys.8.10 [90]. noÅ›nik magnetyczny magnetorezystor Rys.8.10. Magnetorezystancyjna glowica odczytujÄ…ca informacjÄ™ cyfrowÄ… zapisanÄ… na noÅ›niku magnetycznym Pole magnetyczne prostopadle do powierzchni poruszaj Ä…cego siÄ™ noÅ›nika, które wystÄ™puje na granicy miÄ™dzy obszarami o przeciwnym namagnesowaniu, powoduje zmianÄ™ rezystancji glowicy magnetorezystancyjnej. Zaletami takiej glowicy, w porównaniu z glowicÄ… indukcyjnÄ…, sÄ…: niezależność sygnalu od szybkoÅ›ci przesuwu noÅ›nika, duża czulość przy malych wymiarach co umożliwia stosowanie wiÄ™kszej gÄ™stoÅ›ci zapisu. WadÄ… tej glowicy jest brak możliwoÅ›ci użycia jej jako glowicy zapisujÄ…cej i dlatego glowice stosowane aktualnie skladajÄ… siÄ™ z magnetorezystancyjnej glowicy odczytowej i indukcyjnej zapisujÄ…cej. Z innych zastosowaÅ„ elementów magnetorezystancyjnych nale ży wymienić: czytniki kart kredytowych i telefonicznych, czujnik ksztaltu monet w automatach wrzutowych, kompas elektroniczny wskazuj Ä…cy kierunek magnetycznego pola ziemskiego, transformator pr Ä…du stalego, miernik mocy, bezstykowy miernik prÄ…du. Magnetorezystory znajdujÄ… też zastosowania jako czujniki wielu wielko Å›ci mechanicznych takich jak: przesuniÄ™cia, obroty (uklady ABS), momenty obrotowe, parametry drgaÅ„.