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자기저항 효과 및 센서 응용
Magnetoresistance Effect and Sensor Applications 원문보기

비파괴검사학회지 = Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing, v.28 no.5, 2008년, pp.443 - 449  

김동영 (안동대학교 물리학과)

초록이 없습니다.

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문제 정의

  • 따라서 본 해설서에서는 AMR, GMR 및 TMR 등 자기저항 재료 각각의 특성을 비교 분석하고, 이들 재료를 이용한 자기장 센서의 개발 현황을 소개한다. 마지막으로 자기저항 센서의 비파괴검사용 와전류탐상장치에의 응용을 소개한다.
  • 따라서 본 해설서에서는 AMR, GMR 및 TMR 등 자기저항 재료 각각의 특성을 비교 분석하고, 이들 재료를 이용한 자기장 센서의 개발 현황을 소개한다. 마지막으로 자기저항 센서의 비파괴검사용 와전류탐상장치에의 응용을 소개한다.

가설 설정

  • 1) 선형성이 우수하다. AMR센서의 경우 전류의 방향과 자구의 방향을 45º로 정렬할 경우 자기장에 따른 저항의 변화는 Hk/2<H< Hk/2의 범위에서 선형성이 우수한 센서의 제작이 가능하다.
  • 2) 센서의 소형화가 가능하다. 자기저항 재료의 두께는 나노미터(nm)의 박막층을 사용하고 있으며, 이때 자기저항 특성은 마이크로미터 크기의 재료에서도 유지되며, 마이크로미터 크기의 자기장 센서의 제작이 가능하다.
  • 3) 소비전력이 작다. 자기장 측정용 AMR/GMR 센서의 소비전력은 10 mW 수준으로 100 mW 정도를 소모하는 플럭스 게이트나 1 W이상을 소모하는 스퀴드 (SQUID) 보다 소모 전력이 월등히 작다.
  • 4) 광대역의 주파수 범위에서 사용이 가능하다. 자기 저항은 직류 및 교류 자기장에 선형적으로 반응하므로 직류 및 교류 자기장 측정이 가능하다.
  • 5) 고분해능을 갖는 센서 제작이 가능하다. 자기저항 재료는 자구의 회전을 이용하므로 자구의 이동에 기인하는 바크하우젠 노이즈가 작다.
  • 6) 센서의 가격이 싸다. 자기저항 센서는 소형화가 가능하므로 센서의 가격을 낮출 수 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
자기저항재료가 의료용 연구에서 사용되는 이유는? 자기저항재료는 자기장의 세기에 따른 저항변화를 이용하여 자기장의 세기를 측정하는 자기장 센서로 활용되고 있다. 또한 나노 크기에서도 그 특성을 유지하므로 나노미터(～nm) 크기의 자기장센서의 제작이 가능하여 의료용에서는 마이크로 크기의 병원균 검출을 위한 연구에 적용되고 있으며, 지자기센서, 방향센서, 위치센서 등 다방면으로 활용되고 있다. 이러한 자기저항 센서는 비파괴검사에서도 응용되고 있다[3].
자기저항이란? 자기저항(magnetoresistance, MR)은 강자성체에 외부 자기장이 인가되었을 때 저항이 변화하는 현상을 말한다. 이러한 자기저항 변화는 일반적으로 자기저항비(MR ratio)로 표현한다.
어떻게 고용량/고밀도의 하드디스크 제작이 가능하였는가? 자기저항 재료는 나노미터(nm) 수준의 얇은 박막으로 제작이 가능하다. 따라서 하드디스크에서는 기존에 사용되던 코일형 헤드센서를 자기저항 센서로 대체함으로써, 고밀도/고용량의 하드디스크를 가능하게 하였다. 자기저항 기술의 발전에 힘입어 최근 수년간 하드디스크의 집적도를 ～100 Gbit/in2까지 높일 수 있었으며, 이러한 기술 발전에 대한 공로로 거대자기저항(giant magnetoresistance, GMR)효과를 처음으로 발견한 프랑스의 알베르 페르와 독일의 피터 그륀베르크는 2007년도 노벨 물리학상을 공동 수상하게 되었다[1,2].
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참고문헌 (10)

  1. M. N. Baibich, J. M. Broto, A. Fert, F. Nguyen and F. Petroll, 'Giant magnetoresistance of (001)Fe/(001)Cr magnetic superlattices,' Phys. Rev. Lett., Vol. 61 p. 2472, (1988) 

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  2. G. Binasch, P. Grunberg, F. Saurenbach and W. Zinn, 'Enahnced magnetoresistance in layered magnetic structure with antiferromagnetic interlayer exchange,' Phys. Rev. B, Vol. 39 p. 2489, (1989) 

  3. A. Jander, C. Smith and R. Schneider, 'Magnetoresistive sensors for nondestructive evaluation,' 10th SPIE International Symposium, Conference 5770 

  4. S. S. Parkin, C. Kaiser, A. Panchula, P. M. Rice, B. Hughes, M. Samant and S. H. Yang, 'Giant tunnelling magnetoresistence at room tempereture with MgO (100) tunnel barries,' Nature Mat., Vol. 3 pp. 862-867, (2004) 

    상세보기 crossref

  5. S. Yuasa, T. Nagahama, A. Fukushima, Y. Suzuki, and K. Ando, 'Giant room temperature magnetoresistance in single crystal Fe/MgO/Fe magnetic tunnel barriers,' Nature Mat., Vol. 3 pp. 868-871, (2004) 

    상세보기 crossref

  6. W. Thomson, 'On the electrodynamic qualities of metals: effects of magnetization on the electric conductivity of nical and iron,' Proc. Roy. Soc. London, Vol. 8, pp. 547-550, (1857) 

  7. WWW. ssec. honeywell. com 

  8. WWW. NVE. com 

  9. WWW.sensorsmag.com/articles/1298/mag1298/main.shtml 

  10. C. Cavoit, 'Closed loop applied to magnetic measurements in the range of 0.1 - 50 MHz,' Rev. Sci. Instrum., Vol. 77, pp. 064703(1-7), (2006) 

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