Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Cet article vise à présenter l’état de l’art des dispositifs à magnétorésistances ainsi que les principes de mise en œuvre comme capteur ou magnétomètre. Les performances et les principales applications industrielles de ces capteurs sont décrites. Au cours de ces vingt dernières années, les technologies ont continûment évolué au regard notamment de la découverte de la magnétorésistance à effet géant. Ces dispositifs apparaissent maintenant incontournables dans le cadre du développement d’un bon nombre d’applications industrielles.
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This article describes the state of the art in magnetoresistance, sensor and magnetometer conditioning methods, their performance, and their main industrial applications. The technology has continuously progressed during the last twenty years, with the discovery of the giant magnetoresistance effect, and has now become compulsory in the development of numerous industrial applications.
Auteur(s)
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Christophe DOLABDJIAN : Professeur des universités - GREYC (Groupe de recherche en informatique, image, automatique et instrumentation de Caen) UMR6072 – UCN – CNRS – ENSICAEN, Caen, France
-
Christophe CORDIER : Maître de conférences - GREYC (Groupe de recherche en informatique, image, automatique et instrumentation de Caen) UMR6072 – UCN – CNRS – ENSICAEN, Caen, France
INTRODUCTION
L’effet magnétorésistif a été observé pour la première fois en 1857. Cependant, il n’a acquis ses lettres de noblesse que depuis le début des années 2000 faisant suite à la découverte de la magnétorésistance géante en 1988, menant les principaux contributeurs de cette découverte au prix Nobel de physique en 2007. À la fin des années 1990, le développement de ces dispositifs s’est accéléré et a conduit à leur déploiement dans de nombreux secteurs industriels. Depuis, l’engouement pour ces capteurs ne s’est pas démenti. Il a été porté par différents paramètres : l’excellence des propriétés magnétiques de ces dispositifs, leur facilité de fabrication et d’intégration aux technologies existantes et un progrès constant de leurs performances au regard des attentes industrielles.
Cet article vise à présenter, dans une certaine mesure, les diverses technologies existantes, leur implémentation, leurs performances, les applications visées et les enjeux actuels et futurs. Les principaux phénomènes physiques seront rappelés. Ils exploitent majoritairement les propriétés quantiques du spin de l’électron. Sur la base de ces descriptions, un formalisme s’appuyant sur l’expression de la variation de résistance en fonction du champ magnétique décrira en des termes académiques leurs modes de mise en œuvre. Un focus sur les niveaux de bruit équivalent en champ sera présenté afin d’en donner au mieux les performances en termes de rapport signal à bruit. Les contraintes associées à la réalisation des magnétomètres, seuls réels outils permettant la mesure magnétique fine dans quelques exemples d’applications, seront également discutées. L’ensemble de ces éléments permettra de présenter des applications majeures mettant en œuvre ces dispositifs et ce, dans des domaines industriels variés. De nos jours, ces applications dépassent bien largement le cadre de leur utilisation historique comme têtes de lecture des « disques durs » d’ordinateur, amorce de leur développement industriel.
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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
magnetoresistance | Magnetic Sensor | Magnetometer
VERSIONS
- Version archivée 1 de sept. 2000 par Bernard DIENY, Jean-Marc FEDELI
DOI (Digital Object Identifier)
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Conclusion
En anglais
3. Revue d’applications
Le spectre des applications mettant en œuvre ces dispositifs est large. Elles vont de la mesure simple ou stockage d’états binaires à la mesure de signaux magnétiques analogiques jusqu’à la mesure fine de signaux à très faible niveau de bruit et dans de fortes dynamiques. Au regard des diverses applications présentées, les performances visées sont parfois très différentes et il est difficile d’en établir une comparaison critique.
3.1 Capteurs d’état logique
Une part importante des applications parfois méconnues des magnétorésistances est leur utilisation comme buffers de signaux numériques . Ils ont des débits pouvant atteindre les 100 Mbps tout en conférant à la structure une excellente isolation galvanique. Des exemples de synoptique de buffers sont présentés en figure 20.
HAUT DE PAGE3.1.2 Tête de lecture de disque dur et mémoire magnétique
L'accroîssement constant des performances des systèmes de stockage de l’information, tels les disques durs, a été un moteur dans l’évolution des technologies de type magnétorésistance. Depuis 20 ans, le progrès en a été fulgurant. La réduction de taille des têtes de disque dur est passée en l’espace d’une vingtaine d’années de quelques µm (AMR) à quelques nm (TMR). Les densités de stockage ont centuplé en moins de 10 ans (2005-2015) pour atteindre plus de 103 Go par inch.
Plus récemment sont apparus les MRAM (Magnetic Random Access Memory). Cette technologie est plus que prometteuse. Elle offre tous les avantages du stockage d’un système d’information alliant rapidité (lecture/écriture), grande capacité (forte intégration),...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - RIPKA (P.) - Magnetic sensors and magnetometers. - Artech House (2001).
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(2) - JOGSCHIES (L.) et al - * - . – Sensors, 15 (2015).
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(4) - DORR (K.) - * - . – Journal of Phys. D : Appl. Phys., vol. 39 (2006).
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(5) - SOLIN (S.A.) et al - * - . – Science, 289 (2000).
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(6) - WAN (C.) et al - * - . – Nature, 477 (2011).
-
(7) - LIAO (Z.M.) et al - * - . – Nano...
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ANNEXES
NVE Corporation :
SENSITEC GmbH :
San Diego Magnetics :
Honeywell Sensing and internet of things :
NXP :
Infineon :
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