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.

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

Розділ

Оригінальні статті