摘要：在当前快速发展的时代背景下，电子学及其产生的作用也逐渐突显出来，这就使得其与各学科之间的关系越来也紧密，目前基于电子相关理论所产生的磁电子学科在发现巨磁电阻材料后，使得整个学科迈上了一个崭新的台阶，并且也促进了该材料的不断发展，尤其在电子技术领域以及物理学技术领域中都有着不容忽视的影响，目前，利用该材料研发和设计的新型电子元器件得到了业界人士的一致认可，本文主要针对该材料的特点，对其在电子元器件上的具体应用策略进行着重分析，以便为相关人士参考借鉴。
关键词：巨磁电阻材料；电子元器件；应用策略
巨磁电阻材料，是一种以磁电子学科理论为基础的新型磁性功能材料，其应用范围十分广泛，尤其在电子元器件研发与设计方面的应用，可以大大提升元器件的应用性能和设计品质，因此，要想进一步促进电子元器件的发展，就要对其研发设计过程中GMR材料的具体应用要点进行深入分析。
1、巨磁电阻材料概述
通常，材料电阻率外磁场环境和无外磁场环境中所产生变化不尽相同，这种电阻率变化就是巨磁电阻效应，可用公式GMR=｛［d(H)-d(0)/d(0)］｝进行计算，这其中，d(H)代表材料在磁场作用下的电阻率，d(0)代表材料在无外磁场作用下的电阻率[1]gis。在当前市场中，GMR材料种类十分繁杂，常见的有多层膜、自旋阀、颗粒膜、非连续多层膜以及氧化物超巨磁电阻薄膜，这其中，尤以多层膜的研发周期最长，但是其较大磁电阻在变化过程中却会受到较强层间交换耦合作用所影响，因此，要想保证磁电阻的变化与相应的设计规范要求相吻合，前提条件就是要保障外磁场作用影响处在160-400kA/m范围内，但这在某种程度上却会降低磁场灵敏度，使其无法满足实用化技术要求，所以，为了避免这种情况的发生，就要适当削弱磁性层之间的耦合作用，并对Cu层厚度进行严格控制，尽可能确保在第二个耦合峰促进多层膜系统进行耦合交换，以便使其形成由NiFe/Cu/NiFe/MnFe结构所组成的多层膜系统，这样才能保证外磁场作用影响降低至8kA/mss，但磁场灵敏度依然保持原状；而自旋阀虽然属于一类巨磁电阻材料，具有较高的灵敏度，但由于其具有较小的GMR效应，所以应用范围仍受到很大限制；而颗粒膜不仅产生的GMR效应大，而且磁场作用需求也是极为明显，这种情况下，通过不断的研究创新，相关设计人员推出了一种介于多层膜与颗粒膜之间的非连续多层膜材料，该材料既具备较大的室温巨磁电阻效应，同
时又能保证磁场灵敏度，且在较低磁场作用下可以产生较大的GMR效应，但是若将该材料应用在传感元件设计过程中，却会产生一定的巴克豪噪音，因此，为了消除这种噪音影响，就要对现有的非连续多层膜材料设计方案进行全面优化，使其转变成光刻图形多层膜，这种材料设计原理是指将膜系统中的磁性层光刻成一个较大的单磁畴结构，这样既可以规避巴克豪森噪音影响因素的产生，同时又能保证GMR效应与磁场灵敏度。
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2、电子元件设计中巨磁电阻材料材料的应用策略分析
2.1 巨磁电阻传感器的应用
传统磁电阻传感器主要包括半导体磁电阻传感器和软磁合金磁电阻传感器两种形式，其中前者传感器元件虽然线性度好、MR数值大，但却对磁场作用有着较高的需求，且运行温度不稳定；而后者传感器元件虽然MR数值低，但磁场灵敏度以及对磁场作用的需求却符合相应的规范要求；而巨磁电阻传感器元件不仅GMR值和磁场灵敏度要高于传统电阻传感器，而且还具有一定的分辨率和精确性，尤其在微弱磁场传感方面，这种应用优势最为明显。另外，巨磁电阻旋转编码器的应用优势也十分突出，其可以适应各种恶劣环境，且具有较强的灵敏度、准确性、耐高温性以及耐腐蚀性等，现阶段，该电子元器件一般被应用在汽
车电子技术控制领域中，应用范围十分广泛，如常见的速度传感器、位移传感器、转速传感器等[2]。
2.2 巨磁电阻薄膜磁记录读磁头的应用
在利用传统电磁感应式磁头来记录相应的磁记录信息时，其所产生的信噪比会因为各记录位的磁通量不足而无法满足信息读取要求。而利用薄膜磁电阻磁头来对相应的磁记录信息进行读取时，其信噪比则可大大满足信息读取要求，究其原因，主要是因为该磁头最强磁电阻对应磁场最微弱部位，所以其可以在最短时间内精确的读取各类高密度磁记录信息。据相关实践证明，通常，普通薄膜磁电阻磁头的异性磁电阻一般不高于6%、而磁电阻变化的磁场灵敏度不超过4％，所需磁场作用也是处在4A/m范围内，鉴于此，该类磁电阻磁头在实际应用时，可以很好的保证磁记录信息的密度，尤其是NiFe合金薄膜电阻磁头，但是这种密度标准最佳水平仅为3Gb/in权益乘数>麦肯锡2，并未达到相应的标准要求。而巨磁电阻薄膜的磁记录读磁头在实际应用时，其异性磁电阻可达到10％-30％，磁场灵敏度可达到1％-8％，因此，这类电阻磁头的应用范围也是十分广泛，随着近年来电子元器件的不断发展，巨磁电阻薄膜的磁记录读磁头也发生了较大程度的变化，现今，其已转变成以计算机硬盘为基础
的读取磁头，这类电子元器件可以超过所有以光盘记录的读取磁头，其可将磁盘系统的记录密度提升至10Gb/in2利率汇率左右。
2.3 GMR随机存储器(MRAM)的应用
目前，以计算机为基础的RAM在选择存储器类型时，都会将由Si集成电路所组成的存储器作为最佳选择目标，如易丢失性的动态DRAM存储器和静态SRAM存储器，其中，前者具有较低的应用成本和较大的存储容量，但存储速度较慢；而后者存储器的存储速率则比较显著，可达纳秒量级，但不足的是存储密度较低，且应用成本高；而利用各向异性磁电阻开发的磁电阻存储器(MRAM)，其虽然具有较强的耐辐射性和不易丢失性，且不会对所读取的信息造成破坏，但是无论是存储量，还是存储速度等都要远低于DRAM存储器[3]。近年来，通过不断的优化创新，利用巨磁电阻材料制成的GMR随机存储器受到了业界人士的一致好评，从其设计原理来看，该类存储器是指在0.9cm2的面积上实现了16Mbit的MRAM，并且利用一个6in盘片来获得256Mbyte存储量。相对而言，基于自旋阀的MRAM存储器，其是将含有多重组成结构的巨磁电阻多层膜系统来作为主要存储单元条，其中一层磁性层作为自由层，当单元条的宽度为1um，且小于磁畴畴壁厚度时，自由层会产生两
种磁化状态，具体而言即产生单畴磁性，这样不仅会大大提升存储器的存储密度和速率，而且也会间接带动整个存储单元条的电阻呈现出两种磁化状态，一般可以高于DRAM和SRAM存储器。
结束语
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综上所述，随着巨磁电阻材料GMR的不断发展，其在电子元器件设计领域中的利用率也越来越高，且所体现的应用优势也比较明显，尤其在巨磁电阻器、GMR随机存储器、高密度和超高密度磁记录读磁头上的应用，使得电子元器件的应用性能和设计品质等得到了较大程度的提升，目前，该薄膜材料大多是由磁控溅射技术所制，可以实现GM R元件与半导体集成电路制造工艺的有机结合，从而为电子工业及材料工业的更向前发展打下了良好的基础。
参考文献
[1]门阔，赵鸿滨，魏峰，等.磁性传感材料与器件研究进展[J].材料导报，2021,(05):98-99.
[2]许爱东、王志明等.基于巨磁阻效应的微型电流传感器装置研发及应用[J].南方电网技术，
2020,(08):80-81.
[3]黄晓辉.巨磁电阻材料及其在电子元器件上的应用[J].电子技术与软件工程，2018,(03):13-14.
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