TMR磁传感器技术的发展趋势和前景分析

时间： 2021-06-03 来源：多维科技

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早在1975年，Julliere就在Co/Ge/Fe磁性隧道结(Magnetic Tunnel Junctions， MTJs)（注：MTJs的一般结构为铁磁层/非磁绝缘层/铁磁层(FM/I/FM)的三明治结构）中观察到了TMR效应。但是，这一发现当时并没有引起人们的重视。在这之后的十几年内，TMR效应的研究进展十分缓慢（注：TMR效应产生机理是自旋相关的隧穿效应。）

1988 年,巴西学者Baibich在法国巴黎大学物理系Fert教授领导的科研组中工作时，首先在Fe/Cr多层膜中发现了巨磁电阻(GMR)效应。TMR效应和GMR效应的发现导致了凝聚态物理学中新的学科分支——磁电子学的产生。20年来，GMR效应的研究发展非常迅速，并且基础研究和应用研究几乎齐头并进，已成为基础研究快速转化为商业应用的国际典范。

随着GMR效应研究的深入，TMR效应开始引起人们的重视。尽管金属多层膜可以产生很高的GMR值，但强的反铁磁耦合效应导致饱和场很高，磁场灵敏度很小，从而限制了GMR效应的实际应用。MTJs中两铁磁层间不存在或基本不存在层间耦合，只需要一个很小的外磁场即可将其中一个铁磁层的磁化方向反向，从而实现隧穿电阻的巨大变化，故MTJs较金属多层膜具有高得多的磁场灵敏度。同时，MTJs这种结构本身电阻率很高、能耗小、性能稳定。因此，MTJs无论是作为读出磁头、各类传感器，还是作为磁随机存储器(MRAM)，都具有无与伦比的优点，其应用前景十分看好，引起世界各研究小组的高度重视。

TMR效应由于具有磁电阻效应大、磁场灵敏度高等独特优势，从而展示出十分诱人的应用前景。概括来说，TMR 材料主要用于计算机硬盘的读出磁头、MRAM和各类磁传感器。

目前，高密度、大容量和小型化已成为计算机存储的必然趋势。上世纪90年代初,磁电阻型读出磁头在硬磁盘驱动器中的应用，大大促进了硬磁盘驱动器性能的提高，使其面记录密度达到了Gb/in²的量级。十几年来，磁电阻磁头已从当初的各向异性磁电阻磁头发展到GMR磁头和TMR磁头。TMR磁头材料的主要优点是磁电阻比和磁场灵敏度均高于GMR磁头，而且其几何结构属于电流垂直于膜面(CPP)型，适合于超薄的缝隙间隔。

基于TMR效应制作的MRAM具有集成度高、非易失性、读写速度快、可重复读写次数大、抗辐射能力强、功耗低和寿命长等优点，它既可以做计算机的内存储器，也可以做外存储器。作为内存储器，与市场上通用的半导体内存储器相比，它的优点是非失性、存取速度快、抗辐射能力强；作为外存储器，它比Flash存储器存取速度快1000倍，而且功耗小，寿命长。与硬磁盘相比，它的优势是无运动部件，使用起来与Flash存储器一样方便。TMR材料还可以做成各种高灵敏度磁传感器，用于检测微弱磁场和对微弱磁场信号进行传感。由于此类传感器体积小、可靠性高、响应范围宽，在自动化技术、家用电器、商标识别、卫星定位、导航系统以及精密测量技术方面具有广阔的应用前景。

高灵敏度——被检测信号的强度越来越弱，需要磁性传感器灵敏度得到极大提高。应用方面包括电流传感器、角度传感器、齿轮传感器、太空环境测量。

（1）电流传感器：需要检测到nA级别的电流，即使加上聚磁环，也需要磁性传感器本身的检测精度达到nT的水平

（2）角度传感器：<0.01的分辨率

（3）齿轮传感器：齿轮的精细化以及传感器到齿轮的间距的最大化，导致磁性信号变得非常微弱

（4）太空环境测量：分辨率<0.015nT

（5）基于磁性异常检测的海洋布防等：<0.02pT的检测分辨率

温度稳定性——更多的应用领域要求传感器的工作环境越来越严酷，这就要求磁传感器必须具有很好的温度稳定性，行业应用包括汽车电子行业。

（1）汽车电子行业：从滴水成冰的外部环境到滚烫的发动机内部都必须工作

（2）智能电网：可以迎接百年一遇的寒冷，也能坚守在发热严重的封闭体内

（3）航空航天领域：在有保护的情况下，工作温度的跨度也是非常大的

高频特性——随着应用领域的推广，要求传感器的工作频率越来越高，应用领域包括水表、汽车电子行业、信息记录行业。

（1）水表：可以检测到0.0001m³的即时流量（> 10 kHz）

（2）汽车电子行业：部件的精密控制，要求信号的频率越来越高（> 200 kHz）

（3）信息记录行业：要求数据传输率 > 1 GHz

低功耗——很多领域要求传感器本身的功耗极低，得以延长传感器的使用寿命。应用在植入身体内磁性生物芯片，指南针等等。

（1）植入身体内磁性生物芯片

（2）使用电池供电的水表/气表，以及微功耗智能电表

（3）室外/野外磁性传感器（磁性异常检测仪、电子指南针、手持式磁场探测仪等）

（4）航空航天用磁性传感器

抗干扰性——很多领域里传感器的使用环境没有任何评比，就要求传感器本身具有很好的抗干扰性。包括电子罗盘、金融磁头等。

（1）电子罗盘：大多数电路板产生的杂散磁场为地磁场的50倍以上；

（2）金融磁头：内部的各种电机产生的磁场的强度为磁性油墨磁场的50倍以上；

（3）POS机磁头：手机信号的磁场为磁头磁场的5倍以上；

（4）水表、气表等；

（5）汽车电子：发动机、运动部件以及各种电线产生磁场的可以在10 Gs以上

小型化、集成化、智能化——要想做到以上需求，这就需要芯片级的集成，模块级集成，产品级集成

（1）芯片级的集成：传感器 + ASIC数字式输出、标准化输出

（2）模块级集成：芯片 + 外部磁铁 + 模具 + 电路基本功能的实现

（3）产品级集成：模块 + 产品功能化、智能化

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TMR磁传感器简介

磁传感器广泛用于现代工业和电子产品中以感应磁场强度来测量电流、位置、方向等物理参数。在现有技术中，有许多不同类型的传感器用于测量磁场和其他参数，例如采用霍尔（Hall）元件，各向异性磁电阻（Anisotropic Magnetoresistance, AMR）元件或巨磁电阻（Giant Magnetoresistance, GMR）元件为敏感元件的磁传感器。

原厂动态发布时间 : 2021-06-11

多维科技推出面向工业、医疗和汽车应用的升级版TMR磁开关传感器芯片，具有多品类和丰富的产品性能可满足客户多元化应用需求

多维科技磁传感器8英寸晶圆产线持续量产多款工业及车规级TMR磁传感器芯片产品。多维科技的TMR开关传感器芯片具有超低功耗、高灵敏度和高速运行的独特功能特性，包括持续电源供电的1.5微安低功耗系列芯片产品，以及具有50Hz分时供电的200纳安超低功耗系列芯片产品。

原厂动态发布时间 : 2023-07-23

多维科技完成新一轮近4亿元人民币融资，将持续强化先进磁传感器技术的领先优势

2021年5月29日消息，高性能磁传感器xMR（TMR/GMR/AMR）制造商江苏多维科技有限公司（多维科技）已完成新一轮近4亿元人民币融资。本轮融资资金将主要用于更新关键设备，升级研发测试中心及磁传感器模组产线，完善产业链的垂直整合。

原厂动态发布时间 : 2021-05-31

纳芯微公司介绍

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商品及供应商介绍 - 纳芯微电子 - 版本：Q3, 2022 - 2022/12/14 PDF 中文下载

昆泰芯微电子科技有限公司是一家专注于以面向物联网应用的传感器芯片研发、生产和销售的高新技术企业。于2016年由多位业界资深传感器信号链芯片专家创立，致力于成为传感器信号链及物联网芯片的行业领导者和领先的工业级/汽车级芯片提供商。

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多维科技（MDT）磁传感器芯片和模组选型指南

描述- 江苏多维科技有限公司(MDT)创立于2010年，公司总部座落于江苏省张家港保税区，是一家专注于磁性传感器的制造商。多维科技拥有400余项专利，200多款磁传感器产品和先进的磁( TMR/GMR/AMR）传感器量产晶圆产线，可批量生产、供应各类高性能磁传感器，以满足客户多元化的应用需求。

型号- AMR3108G,GE-T,TMR2705,TMR1202HT,TMR2703,TMR7401-600MA,USB2510-CAL01-800,TMR6406L,USB21023,USB25103,TMR1102,TMR1302H,TMR1343,TMR1342,AMR3108AP,TMR1341,TMR1348,TMR3002,TMR7204,TMR3004,AMR4020,TMR1345,TMR3005,AGVTMR45XS,TMR7504-B,USB2510A,TMR6406X,TMR3001,TMR1340,TMR13DX,TMR7553-B,AGVTMR25XC,LPS-TMR125B4,GE-A,TMR2602,TMR3105AP,AMR3013P,TMR6401,AMR4010,AGVTMR25X4,TMR6218LA,TMR9112,TMR2305M,TMR2605,TMR6206D,TMR2604,LPS-TMR125A4,TMR1366,TMR6206L,TMR7903,TMR2613,TMR4M06,TMR7502,AGVTMR46XS,TMR4M07,TMR4M08,TMR4M02,TMR4M03,TMR4M04,TMR4M05,TMR1362,TMR9002,TMR6217LA2,TMR9001,AMR2501,USB27053,TMR7554-B,TMR7401-1000MA,TMR2103,TMR4007,USB2705A,TMR2102,TMR6306,AGVTMR15XN,TMR2503,TMR4003,TMR2623,TMR4004,AGVTMR15XP,TMR2105,TMR2501,TMR4005,TMR2104,TMR4006,AMR3003L,TMR4001,TMR4002,TMR1252,FSD-TMR1005,TMR7502-C,TMR2109,TMR2505,TMR2901,TMR2108,TMR2905,FSD-TMR1006,TMR4018,TMR6318,TMR2111,AGVTMR45LC,TMR1304,TMR4014,TMR1303,TMR4015,AMR4100,TMR1148,TMR1302,TMR4016,TMR4017,TMR1302HT,TMR4011,TMR4012,TMR7401,TMR4013,TMR2110,TMR1383,TMR1262,TMR3105G,TMR6212LA,TMR7555-B,TMR7303-D,TMR7551-B,TMR7401-300MA,AMR1507,TMR-MAC005,TMR1308,TMR6401C,TMR1305,TMR6218XA,TMR1309,TMR1157,TMR2003,AMR3001,TMR1155,TMR2001,TMR6209,TMR1202H,TMR62082,TMR2005,AMR3005,AMR3008,TMR7503-B,TMR2009,TMR2922,AMR4050,TMR2653,AGVTMR46LC,TMR7204-C,TMR1287,TMR7303,TMR1202,TMR7302,AMR2302,TMR6404X,TMR1283,TMR1162,TMR7556-B,TMR3102P,TMR7302-D,TMR6403A,TMR6318C,TMR7552-C,TMR1208,TMR1206,USB2510T,AGVTMR360C,TMR1212,AMR1320,TMR2701,TMR6501,TMR1215,TMR1341XD,TMR1213,TMR7551

选型指南 - 多维科技 - 2022/6/21 PDF 中文下载

TMR260x可编程 TMR 线性磁传感器芯片产品规格书

型号- TMR260X 系列,TMR2602-P5,TMR2602-P3,TMR2604-P3,TMR2604-P5,TMR260X

数据手册 - 多维科技 - Version 2.0 - 2024/1/10 PDF 中文下载

【选型】TMR线性磁传感器替代霍尔器件，可显著改善电流传感器的灵敏度和温度特性

多维科技生产的TMR2501、TMR2503、TMR2505线性传感器采用SSIP-4封装，在垂直方向测量磁场，与通行的霍尔器件完全兼容。对闭环电流传感器来说，电流传感器厂家只需改变一下磁传感器的偏置电阻值，无需更改PCB设计和产品结构既可直接替代霍尔器件。

器件选型发布时间 : 2020-09-20

MDT Announces High-performance TMR Magnetic Sensors with Ultra-high Sensitivity at 200mV/V/Oe

型号- TMR2701,TMR2705,TMR2704,MR27XX,TMR2703,TMR29XX,TMR2922,TMR2905

商品及供应商介绍 - 多维科技 - 2020/09/08 PDF 英文下载

TMR9082高灵敏度、低噪声 TMR 线性磁传感器芯片

型号- TMR9082,TMR9082P

数据手册 - 多维科技 - Version 1.0 - 2023/4/7 PDF 中文下载

TMR2103 系列大动态范围 TMR 线性磁传感器芯片

型号- TMR2103,TMR2103P,TMR2103 系列,TMR2103D,TMR2103S

数据手册 - 多维科技 - Version 2.0 - 2023/6/28 PDF 中文下载

MDT——The Leading Supplier of TMR Magnetic Sensors Brochure

型号- CN203894395U,CN202119391U,CN202916902U,TMR2705,TMR2704,TMR2703,TMR703H,WO2015014248 A1,CN102297652B,TMR3002,CN103913183A,CN104301851A,CN103968918A,TMR3001,WO2014190943 A1,MMS2X1H,CN202119390U,MIS6318,WO2014206351 A1,EP2818884A1,CN203119864U,CN104065367A,CN203940940U,TMR1350,MMG245D,CN203203607U,MMG245F,US20140300348A1,MIS6309,MMA253F,2015-511705,MIS6301,EP2790030A1,CN202121565U,MMGC45D,CN104197827A,US20140327437A1,WO2014190909 A1,TMR705,CN102208530B,TMR703,MMG345F,CN203116756U,CN102169133B,MMS201H,CN104021411A,CN102298124B,CN104197828A,TMR2103,TMR4007,CN204129826U,TMR2102,TMR2101,CN203300354U,TMR2503,TMR4003,TMR4004,MMG845D,TMR2501,TMR4005,TMR4006,CN104280700A,TMR4001,TMR4002,TMR1251,TMR1250,MMS101H,CN103968860A,TMR2505,CN103915233A,TMR2905,CN102621504B,2015-513667,TMR1303,TMR1302,TMR1301,CN102968845A,CN203083663U,EP2801834A1,WO2014190907 A1,CN203133257U,EP2827165A1,CN202230192U,MMG145F,WO2015010620 A1,TMR1308,TMR1306,TMR1305,2014-529743,TMR1309,CN203083583U,WO2015010649 A1,TMR6209,TMR6206,MMLP57F,MMLP57H,TMR6201,MMLH45F,MMS1X1H,MMA233F,CN204043603U,TMR2922,CN102790613A,TMR1201,TMR6218,TMR1202,CN204043604U,2014-532883,EP2752676A1,CN203038357U,2015-503735,TMR501,CN103995240A,US20150130445A1,TMR6201D,US20150091560A1,MMG445D,TMR2701,CN103925933A,WO2015014277 A1

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