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.

Посилання

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.
  5. 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.
  6. 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.
  7. 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.
  8. 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.
  9. 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.
  10. 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.
  11. 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.
  12. 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.
  13. В. М. Шарапов, Е. С. Полищук, А. Н. Гуржий, and др., Датчики. Черкассы: Брама-Украина, 2008.
  14. И. М. Викулин, Л. Ф. Викулина, and В. И. Стафеев, Гальваномагнитные приборы. Москва: Радио и связь, 1983.
  15. Г. А. Егиазарян and В. И. Стафеев, Магнитодиоды, магнитотранзисторы и их применение. Москва: Радио и связь, 1987.
  16. 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.
  17. 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.
  18. 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.
  19. 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.
  20. 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.
  21. 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