Linearization of High Sensitivity Out of Plane Magnetic Sensors

No panorama da revolução da "Internet das Coisas" (IoT), a necessidade de sensores compactos, robustos e energeticamente eficientes torna-se cada vez mais crítica. Entre os sensores magnéticos, os sensores TMR perpendiculares (OOP) destacam-se pelo seu potencial de oferecer uma relação sinal-ruído significativamente melhor, excelente escalabilidade e uma robusta estabilidade térmica. Além disso, à medida que a procura para melhorar a deteção em várias aplicações persiste, a versatilidade e adaptabilidade dos sensores OOP TMR na afinação da sua linearidade e sensibilidade anunciam um futuro promissor deste tipo de sensores.

Para compreender e otimizar sensores magnéticos OOP para aplicações específicas, um estudo abrangente foi conduzido, dividido em simulações e fabricações práticas. Utilizando simulações micromagnéticas de diferenças finitas, o comportamento magnético destes sensores foi extensivamente estudado. Isto ajudou a compreender a interação RKKY, o acoplamento de troca interfacial e as anisotropias volumétricas, além de fornecer uma compreensão detalhada do comportamento dependente da temperatura e dos parâmetros de design para requisitos específicos.

No INESC MN, sensores OOP reais foram fabricados e caracterizados utilizando um novo dispositivo construído. Este dispositivo permite leituras de sensores simultâneas, permitindo assim a recolha em massa de dados para análises estatísticas mais confiáveis. Estas caracterizações concluíram que a melhor temperatura de annealing se situa perto dos 300ºC, onde alguns sensores alcançaram um efeito magnetoresistivo (MR) de quase 60\%. Este estudo também revelou a dependência de parâmetros importantes, como a linearidade e coercividade destes sensores em função da espessura e geometria do CoFeB.