Полупроводниковые инжекционные сенсоры магнитного поля комбинированного типа для беспроводных информационных сетей

Автор(и)

  • Иван Михайлович Викулин Национальный университет "Одесская морская академия", Україна https://orcid.org/0000-0003-3887-6676
  • Лидия Федоровна Викулина Одесский государственный аграрный университет, Україна
  • Виктор Эдуардович Горбачев Одесская национальная академия связи им. А. С. Попова, Україна https://orcid.org/0000-0002-6668-6864
  • Никита Сергеевич Михайлов Национальный университет "Одесская морская академия", Україна

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347020070043

Ключові слова:

магниточувствительность, магнитодиод, магнитотранзистор, сенсор с частотным выходом, термостабильность, радиационная стойкость

Анотація

Экспериментально исследованы возможности увеличения чувствительности сенсоров магнитного поля за счет комбинации в одной схеме сенсора чувствительных элементов разных типов. В работе предложены четыре новых конструкции сенсоров: на основе мостовой схемы, на основе магнитотранзистора в комбинации с магнитодиодом или со вторым магнитотранзистором, и с частотным выходом. Экспериментально подтверждено, что при использовании в мостовой схеме четырех полярных магнитодиодов, вместо двух неполярных, получается более термостабильный и радиационно более стойкий сенсор с чувствительностью в 10 раз большей, чем у обычного двухдиодного мостового сенсора. Описаны конструкции сенсоров из двухколлекторного магнитотранзистора в комбинации с двумя полярными магнитодиодами или одним дополнительным магнитотранзистором. Экспериментально установлено, что чувствительность таких приборов в 6 и 4 раза выше, по сравнению с однотранзисторным сенсором, при этом, повышается их температурная стабильность и радиационная стойкость. Схема релаксационного генератора на одном однопереходном транзисторе предложена в качестве сенсора магнитного поля с частотным выходом. Экспериментально подтверждено, что включение в схему генератора дополнительного магнитодиода увеличивает чувствительность в 2,3 раза по сравнению с однотранзисторным сенсором, и повышает устойчивость к внешним воздействиям. Описанные приборы могут быть использованы в качестве эффективных сенсоров магнитного поля в беспроводных коммуникационных сетях.

Біографії авторів

Иван Михайлович Викулин, Национальный университет "Одесская морская академия"

кафедра морской электроники, профессор

Лидия Федоровна Викулина, Одесский государственный аграрный университет

 кафедра математики, профессор

Виктор Эдуардович Горбачев, Одесская национальная академия связи им. А. С. Попова

кафедра Физики оптической связи, доцент

Никита Сергеевич Михайлов, Национальный университет "Одесская морская академия"

 кафедра морской электроники, аспирант

Посилання

B. Park, J. Nah, J.-Y. Choi, I.-J. Yoon, and P. Park, “Robust wireless sensor and actuator networks for networked control systems,” Sensors, vol. 19, no. 7, p. 1535, 2019, doi: https://doi.org/10.3390/s19071535.

Z. Chen, F. Deng, Z. Fu, and X. Wu, “Design of an ultra-low power wireless temperature sensor based on backscattering mechanism,” Sens. Imaging, vol. 19, no. 1, pp. 1–12, 2018, doi: https://doi.org/10.1007/s11220-018-0207-x.

V. S. Luong, C. C. Lu, J. W. Yang, and J. T. Jeng, “A novel CMOS transducer for giant magnetoresistance sensors,” Rev. Sci. Instruments, vol. 88, no. 2, p. 025004, 2017, doi: https://doi.org/10.1063/1.4976025.

V. S. Luong, A. T. Nguyen, and A. T. Nguyen, “Exchange biased spin valve-based gating flux sensor,” Meas. J. Int. Meas. Confed., vol. 115, pp. 173–177, 2018, doi: https://doi.org/10.1016/j.measurement.2017.10.038.

Z. R. Li, W. B. Mi, and H. L. Bai, “The contribution of distinct response characteristics of Fe atoms to switching of magnetic anisotropy in Fe4N/MgO heterostructures,” Appl. Phys. Lett., vol. 113, no. 13, p. 132401, 2018, doi: https://doi.org/10.1063/1.5048317.

Y. Jibiki et al., “Interface resonance in Fe/Pt/MgO multilayer structure with large voltage controlled magnetic anisotropy change,” Appl. Phys. Lett., vol. 114, no. 8, p. 082405, 2019, doi: https://doi.org/10.1063/1.5082254.

M. I. Bichurin, V. M. Petrov, R. V. Petrov, and A. S. Tatarenko, “Magnetoelectric magnetometers,” in Smart Sensors, Measurement and Instrumentation, vol. 19, Springer International Publishing, 2017, pp. 127–166, doi: http://doi.org/10.1007/978-3-319-34070-8_5.

J. Ding et al., “A resonant microcantilever sensor for in-plane multi-axis magnetic field measurements,” J. Micromechanics Microengineering, vol. 29, no. 6, p. 065010, 2019, doi: https://doi.org/10.1088/1361-6439/ab18ed.

L. P. Ichkitidze, S. V Selishchev, and D. V Telyshev, “Combined magnetic field sensor with nanostructured elements,” J. Phys. Conf. Ser., vol. 1182, p. 012015, 2019, doi: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1182/1/012015.

L. Van Su et al., “Application of the flux bending effect in an active flux-guide for low-noise planar vector TMR magnetic sensors,” Vietnam J. Sci. Technol., vol. 56, no. 6, pp. 714–722, 2018, doi: https://doi.org/10.15625/2525-2518/56/6/12652.

Y. Zhang, Q. Hao, and G. Xiao, “Low-frequency noise of magnetic sensors based on the anomalous Hall effect in Fe–Pt alloys,” Sensors, vol. 19, no. 16, p. 3537, 2019, doi: https://doi.org/10.3390/s19163537.

R. Singh, Z. Luo, Z. Lu, A. S. Saleemi, C. Xiong, and X. Zhang, “Thermal stability of NDR-assisted anomalous Hall effect based magnetic device,” J. Appl. Phys., vol. 125, no. 20, p. 203901, 2019, doi: https://doi.org/10.1063/1.5088916.

В. М. Шарапов, Е. С. Полищук, А. Н. Гуржий, and др., Датчики. Черкассы: Брама-Украина, 2008.

И. М. Викулин, Л. Ф. Викулина, and В. И. Стафеев, Гальваномагнитные приборы. Москва: Радио и связь, 1983.

Г. А. Егиазарян and В. И. Стафеев, Магнитодиоды, магнитотранзисторы и их применение. Москва: Радио и связь, 1987.

V. S. Luong, A. T. Nguyen, and Q. K. Hoang, “Resolution enhancement in measuring low-frequency magnetic field of tunnel magnetoresistance sensors with AC-bias polarity technique,” Measurement, vol. 127, pp. 512–517, 2018, doi: https://doi.org/10.1016/j.measurement.2018.06.027.

И. М. Викулин, В. Э. Горбачев, and А. А. Назаренко, “Радиационно чувствительный детектор на основе полевых транзисторов,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 60, no. 9, pp. 515–520, 2017, doi: https://doi.org/10.20535/s0021347017090035.

И. М. Викулин, Л. Ф. Викулина, and В. Э. Горбачев, Магниточувствительные приборы для сенсорных и исполнительных сетей «Интернета вещей». Москва: Русайнс, 2019, uri: https://www.book.ru/book/933793.

И. М. Викулин, Л. Ф. Викулина, and В. И. Стафеев, “Магниточувствительные транзисторы. Обзор,” Физика и техника полупроводников, vol. 35, no. 1, pp. 3–10, 2001, uri: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=21321484.

G. He et al., “PicoTesla magnetic tunneling junction sensors integrated with double staged magnetic flux concentrators,” Appl. Phys. Lett., vol. 113, no. 24, p. 242401, 2018, doi: https://doi.org/10.1063/1.5052355.

И. М. Викулин, Ш. Д. Курмашев, Л. Ф. Викулина, and В. И. Стафеев, “Частотные микроэлектронные сенсоры-преобразователи на основе однопереходных транзисторов,” Радиотехника и электроника, vol. 59, no. 3, pp. 296–303, 2014, doi: https://doi.org/10.7868/s0033849414030140.

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-07-24

Як цитувати

Викулин, И. М., Викулина, Л. Ф., Горбачев, В. Э., & Михайлов, Н. С. (2020). Полупроводниковые инжекционные сенсоры магнитного поля комбинированного типа для беспроводных информационных сетей. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 63(7), 437–447. https://doi.org/10.20535/S0021347020070043

Номер

Том 63 № 7 (2020)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2020 Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.