深圳市华夏磁电子技术开发有限公司 磁电子学及其应用 2001年8月5日.

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1 深圳市华夏磁电子技术开发有限公司 磁电子学及其应用 2001年8月5日

2 今天与您分享什么？ 一、巨磁电阻（GMR）效应来源及磁电子学的提出 二、GMR技术的核心技术 三、GMR技术应用领域及GMR磁传感器的应用
四、库万军博士海外留学的主要成果 五、项目提出的背景 六、立项的动机及意义 七、项目的主要历程及进展 八、GMR传感器应用的市场前景 九、愿与您携手共创未来 十、致谢

3 GMR效应的发现及 磁电子学的确立 1988年，法国巴黎大学，在纳米结构的层间反铁磁偶合的Fe(2nm)/Cr(0.9nm)多层膜中，发现电阻随外磁场而发生巨大变化的现象，此现象定义为巨磁电阻（GMR）效应。其物理机制是与传导电子自旋有关散射。 1995年，基于GMR研究而发展成为一门新型的学科---磁电子学。超导材料(CMR)和绝缘材料(TMR)。

4 GMR效应的来源

5 层间偶合多层膜GMR效应特性曲线

6 自旋阀（spin-valve)多层膜GMR
效应特性曲线

7 GMR技术的核心 优越的GMR磁性薄膜 先进的集成电路设计 合理的半导体集成工艺

8 GMR技术的应用 A. 计算机领域(硬盘驱动器作为读出磁头) 1998年，IBM. 2000年, 磁头市场占有率95%, 10亿美元/季度
C. 磁场传感器 1994年，NVE. 测量磁场电流位移及角速度。电子电力及自动化控制 D. 全金属计算机及逻辑元件 正在研制

9 GMR磁传感器应用领域 A. 电机（2000年，深圳3亿只），无刷电机 转子磁极位置，定子电枢电流转向器，转速检测，过载保护器
B. 电子电力技术 开关电源（1999年，DC-DC转换器，30亿美元） 电流传感器—检测，控制及保护。2010年，0.3V—120A 变频器过流保护器等 C. 能源管理 电度表，电网的自动检测 Ｄ. 磁信息读写 磁性编码器，读出磁头，验钞机及高级罗盘等 Ｅ. 汽车工业 ＡBS刹车系统，里程表，点火系统。高级轿车需60只 Ｆ. 工业自动控制，机器人，办公自动化，家电及安全

10 GMR硬盘驱动器磁头结构

11 GMR磁随机存储器的原理 Word line Insulator Sense line Sense Current ⊙ × 0 State
Word current * Non-volatility, Low time constants (less than 1ns)

12 GMR RAM和半导体RAM的比较 美国国防部2000年报 技术 半导体存储器（DRAM） GMR存储器 （MRAM） 结构及密度
10-20集成掩膜板 2-3集成掩膜板 单元大小 25F2/bit 2F2/bit 写入时间 10ns <10ns 取数时间 2ns 非易失性 10年 永久 美国国防部2000年报

13 GMR惠斯登电桥磁传感器原理 V input V output V output = V input (R1-R2)/(R1+R2)
无外磁场 外磁场 +BIAS -BIAS

14 层间偶合多层膜GMR磁传感器

15 GMR传感器优越的性能价格比

16 国内外对GMR磁场传感器研究及应用 美国：IBM，HONEYWELL，NVE，Seagate，Read-write，Motorola
国外的研究及产业化 美国：IBM，HONEYWELL，NVE，Seagate，Read-write，Motorola 欧洲：PHILIPS，SIMENS，BOSCH 日本：日立制作所，TDK，松下，SONY，东芝等在进行研究 仅有NVE公司生产和销售。 国外的研究及产业化 国内的研究 九十年代初开始，中科院物理所，北京大学，南京大学，兰州大学，山东大学，电子科技大学，华中理工大学，上海交通大学等。国内仅仅局限于科学研究及材料制备，最近中科院物理所和中科半导体联合进行磁随机存储器（MRAM）的研究和开发。

17 GMR磁传感器在车辆监控方面应用

18 GMR磁传感器在航运方面应用

19 GMR位移传感器的原理

20 GMR位移传感器的具体应用

21 GMR二维位移磁传感器

22 磁接近开关性能价格的比较 检测距离(mm) 价格 温度使用范围 （°C） 霍尔元件 5-----8 40 不大于100 20 300
GMR元件 可调 可到300

23 GMR角度磁传感器

24 GMR角度磁传感器的输出特性

25 GMR磁传感器在验钞机方面应用

26 GMR生物传感器

27 GMR磁传感器在检测电流方面应用

28 SPIN-VALVE型磁传感器特性

29 GMR磁传感器在开关电源方面的应用

30 几种电流传感器的性能及价格比较 电流种类 可测范围 耐压 范围 线性度 价格 互感线圈 交流 (100KHz) 0 — 40A 高，超高压
0.05% 15元/只 HALL元件 （国产） 交，直流 35000A 低压（1KV） 0.1-1% 180- 15000元/只 （BELL） (150KHz) 5--- 3000A 低压 （1KV） % 15- 280美元/只 GMR元件 (1MHz) 10000A % 10元/只 互感线圈用量无法估计，三相电度表年用量600万只。用HALL测电流的年需求量1亿元左右。另外，电流互感器主要用在电源及变頻器。

31 库万军博士海外留学的主要成果 灵敏度 (mV/V*Oe) 线性范围 (Oe) 结构及材料 偏磁技术 INESC (库万军) 0.21
灵敏度 (mV/V*Oe) 线性范围 (Oe) 结构及材料 偏磁技术 INESC (库万军) 0.21 ±135 NiFe/CoFe/Cu 多层膜 CoFe/CoPt 双层膜 0.17 ±200 CoPt膜 (两矫顽力) 1.3 ±20 SPIN-VALVE 两次沉积 探测磁场X-Y分量的集成元件 数字、脉冲型

32 项目提出背景 21世纪人类跨入信息时代 世界信息电子产品将到18000亿美元 美国制定“为了21世纪的信息技术”（IT2）及纳米计划等
信息技术三大支柱 传感器技术 通信技术 计算机技术 国家“十五”规划：实现“中国芯” 到2005年，国内信息电子产品将到20000亿元 传感器技术列为国家鼓励重点发展产业

33 GMR传感器市场前景 世界：2000年电子信息产品市场13000亿美元到2005年市场规模达到18000亿美元，其中计算机类产品为5200亿美元，通信类产品为1800亿美元，消费类电子产品为1600亿美元，元器件类产品为5000亿美元。 日本：1998年磁传感器年产量达17.18亿只，占传感器产量的39.1%，数量在各类传感器中居首位；年产值1268亿日元，占总份额的25.2%，位居第二位。磁传感器在信息领域里产量占63.8%，产值占75.7%，产量产值均居第一位；在家电领域里产量占38.4%，居第一位；在医疗领域产量占56.7%，居第一位 我国：1990年传感器产量已达1亿只，产值5.8亿元，利税1.7亿元；1999年，我国传感器的产量达8.7亿只，产值52亿元，2000年产量达10亿只，产量达60亿元

34 国内磁场传感器市场需求预测 产品 类别 主要应用领域 其它传感器类 （压温湿气）
1998年 产量（万只） 2000年 需求 2005年 2010年 其它传感器类 （压温湿气） 主要用于工业自动控制系统，自动化仪表，汽车，仓储，交通，航天航空，环保，科研及医疗 144 230 489 690 磁敏传感器 2000 3000 4500 6000 计数 器类 自动化仪器仪表，汽车，摩托车，自动控制系统，电工仪表及商业 6740 8430 10600 12870 中国机电日报2001年3月14日

35 GMR传感器立项的动机 磁性薄膜半导体集成在国内发展仅仅是一个迟早问题，“国产化”责无旁贷。 GMR磁场传感器为磁性芯片国产化找到了突破点。
建立一个平台，聚集海内外人才，共同发展民族工业 经济利益可观 优越的性能价格比 巨大市场容量 GMR技术是磁性行业发展的前沿科技

36 GMR传感器立项的意义 意味着“中国磁性芯片”这一新型产业的确立 GMR磁场传感器=磁性薄膜+纳米技术+半导体集成 “磁电子学”方兴未艾
奠定我国磁电子学的应用基础 为GMR磁头，随机存储器，薄膜电感，薄膜变压器的国产化奠定基础 半导体器件与磁性器件集成在一起，成为可能 GMR磁场传感器已列入国家的重点发展项目 科技部“香山科技会议”和国家计委“中国纳米计划”

37 项目实施主要历程 2000年12月11日，成立深圳市华夏磁电子技术开发有限公司，注册资金100万人民币。留学博士两名，中科院研究员一名，高级工程师多名。 2001年6月，融资2000万人民币，增资扩股到3030万人民币。建立国内首条巨磁电阻（GMR）磁场传感器芯片生产线，将实现磁性芯片的国产化。

38 项目进展情况 （一）获得证书 2000年11月24日，获得深圳市科技局成果处科技成果鉴定
2000年12月27日，获得深圳市民营高科技企业证书 2001年1月16日，“GMR电流传感器及次级产品开发项目”获得“深圳市高新技术项目认定证书” 2001年5月，“巨磁电阻（GMR）传感器芯片在深圳市计划局及盐田区立项。

39 项目进展情况 （二）项目申报 2001年2月12日，申报深圳市科技计划支持项目，已得到市科技三项经费 50万的无偿资助。
2001年2月20日，深圳市科技局推荐申报“国家科技成果重点推广计划”。 2001年5月，“巨磁电阻（GMR）传感器芯片”申报国家计委立项。 华夏公司情况

40 项目进展情况 （三）次级产品开发 GMR电流传感器——专利申请中/客户使用 GMR电流过载保护器——专利申请 GMR位移传感器——客户使用
数字脉冲传感器——新型/远程抄表

41 华夏磁电子全体同仁愿与您携手共创未来

42 致 谢 ！