Luận văn: Sensor đo từ trường thấp NiFe cấu trúc nano dạng cầu Wheatstone

Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu chế tạo sensor từ trường thấp dùng màng NiFe cấu trúc nano. Cảm biến Wheatstone độ nhạy cao, ứng dụng vật liệu nano.

• Tác giả: Nguyễn Thị Thúy
• Người hướng dẫn: Ts. Trần Mậu Danh
• Trường học: Trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Vật liệu và linh kiện Nano
• Đề tài: Nghiên Cứu Chế Tạo Sensor Đo Từ Trường Thấp Dạng Cầu Wheatstone Dựa Trên Màng Mỏng Từ NiFe Cấu Trúc Nano
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• Lời cảm ơn
• Lời cam đoan
• Mục lục
• Danh mục các bảng
• Danh mục các đồ thị, hình vẽ
• Mở đầu
• 1.1. Hiệu ứng từ điện trở
• 1.2. Hiệu ứng từ trở dị hướng AMR
• 1.3. Hiệu ứng Hall phẳng
• 1.4. Dải tần nhiễu tương đương
• 1.5. Nhiễu lượng tử
• 1.6. Mạch cầu điện trở Wheatstone
• 1.7. Kết luận chương 1
• 1. CHƯƠNG 1: Các phương pháp thực nghiệm
• 1.1. Các thiết bị sử dụng trong luận văn
• 1.1.1. Thiết bị quay phủ
• 1.1.2. Hệ quang khắc
• 1.1.3. Kính hiển vi quang học
• 1.1.4. Buồng xử lý mẫu
• 1.1.5. Thiết bị phún xạ
• 1.2. Các phương pháp khảo sát tính chất của sensor
• 1.2.1. Khảo sát tính chất điện của sensor
• 1.2.2. Khảo sát tính chất từ của sensor
• 1.3. Kết luận chương 2
• 2. CHƯƠNG 2: Thực nghiệm và kết quả
• 2.1. Quy trình chế tạo sensor
• 2.1.1. Chế tạo các điện trở dạng cầu Wheatstone
• 2.1.2. Chế tạo các điện cực
• 2.2. Kết quả và thảo luận
• 2.2.1. Kết quả khảo sát tính chất điện của sensor
• 2.2.2. Sự phụ thuộc thế ra của sensor vào dòng điện một chiều
• 2.2.3. So sánh sensor có chiều dày màng của điện trở khác nhau
• 2.2.4. So sánh sensor có kích thước điện trở khác nhau
• 2.2.5. So sánh tính chất điện của sensor và màng Ni80Fe20 (1cm × 1cm)
• 2.2.6. Khảo sát đáp ứng của sensor với từ trường trái đất
• 2.2.7. Kết quả khảo sát tính chất từ của màng Ni80Fe20 (1cm × 1cm)
• 2.3. Kết luận chương 3
• Tài liệu tham khảo

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Sensor Từ Trường Thấp NiFe Cấu Trúc Nano

Ngày nay, sensor từ trường đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực, từ hàng hải đến hàng không vũ trụ. Các loại cảm biến từ trường dựa trên các hiệu ứng khác nhau như quang học, từ điện trở, và SQUID. Tuy nhiên, sensor từ có nhiều ưu điểm như độ nhạy cao, độ chính xác tốt, ít bị ảnh hưởng bởi môi trường. Trong số đó, sensor từ trường thấp NiFe cấu trúc nano đang được nghiên cứu và phát triển mạnh mẽ do khả năng ứng dụng rộng rãi. Các ứng dụng này bao gồm y sinh, quân sự, giao thông, la bàn hàng hải, công nghệ hàng không vũ trụ, cảm biến đo dòng, cảm biến đo từ trường nhỏ.

Phổ biến nhất là các sensor dựa trên hiệu ứng Hall phẳng, hiệu ứng cảm ứng điện từ và hiệu ứng từ điện trở. Sensor Hall phẳng và sensor từ điện trở là hai hướng chính đang được nghiên cứu tại nhiều phòng thí nghiệm. Các sensor Hall phẳng, thường có cấu trúc spin-valve, được sử dụng trong công nghệ sinh học. Tuy nhiên, các sensor này thường chỉ phát hiện được các hạt từ có kích thước micromet, chưa tiếp cận được vùng từ trường nhỏ cỡ từ trường trái đất. Do đó, việc phát triển sensor đo từ trường thấp đang là một lĩnh vực được quan tâm. Mục tiêu là chế tạo sensor đo được từ trường thấp, đặc biệt là từ trường trái đất, với cấu hình đơn giản nhưng tỉ số tín hiệu/nhiễu và độ nhạy cao. Mạch cầu Wheatstone được chọn làm cấu hình sensor vì khả năng ổn định nhiệt tốt, giảm nhiễu nhiệt. Vật liệu NiFe (Permalloy) được sử dụng vì độ nhạy cao và ổn định trong vùng từ trường nhỏ. Mục tiêu là tạo ra sensor có độ nhạy cao hơn nhiều so với các cảm biến đã được chế tạo trước đó. Nghiên cứu này bao gồm một quy trình khép kín từ công nghệ chế tạo vật liệu nanô từ tính đến chế tạo linh kiện, hứa hẹn ứng dụng trong y sinh, bảo vệ môi trường, khoa học kỹ thuật quân sự, phương tiện giao thông.

Luận văn này tập trung vào nghiên cứu chế tạo sensor đo từ trường thấp dựa trên màng mỏng từ NiFe cấu trúc nano, sử dụng mạch cầu Wheatstone. Nghiên cứu bao gồm tổng quan về các hiệu ứng liên quan, phương pháp thực nghiệm, và kết quả khảo sát tính chất của sensor.

1.1. Tìm Hiểu về Hiệu Ứng Từ Điện Trở MR và Ứng Dụng

Hiệu ứng từ điện trở (MR) là sự thay đổi điện trở của một vật dẫn dưới tác động của từ trường. Nó được xác định bằng công thức MR =  /ρ = [ρ(0)- ρ(H)]/ρ(0) = [R(0)-R(H)]/R(0), trong đó ρ(0), ρ(H), R(0), R(H) lần lượt là điện trở suất, điện trở của vật dẫn khi không có từ trường ngoài và có từ trường ngoài đặt vào. Hiệu ứng MR là nền tảng quan trọng cho việc phát triển các sensor từ trường, đặc biệt là các sensor từ trở có độ nhạy cao.

1.2. Phân Tích Hiệu Ứng Từ Trở Dị Hướng AMR trong NiFe

Hiệu ứng từ điện trở dị hướng (AMR) xảy ra trong các kim loại từ tính, đó là hiện tượng thay đổi điện trở dưới tác dụng của từ trường do lực Lorentz tác dụng lên các hạt tải điện. Sự thay đổi điện trở này phụ thuộc vào góc giữa vector từ độ và chiều dòng điện. Bản chất vật lý của hiệu ứng AMR là do tương tác spin-quỹ đạo dẫn tới sự tán xạ phụ thuộc spin của các điện tử dẫn. Các sensor từ trở dị hướng thường được chế tạo dưới dạng màng mỏng với hai phương từ hóa: phương dễ và phương khó. Điện trở R của màng mỏng có thể xác định thông qua góc θ - góc giữa vector cường độ dòng điện và vector từ độ: R( )   0, n   cos 2   R0, p  R cos 2  bd bd. Hiệu ứng AMR đóng vai trò then chốt trong hoạt động của sensor từ trường NiFe.

II. Thách Thức và Vấn Đề Trong Đo Từ Trường Thấp Bằng NiFe

Việc đo từ trường thấp, đặc biệt là từ trường trái đất và dưới mức đó, đặt ra nhiều thách thức kỹ thuật. Các sensor từ trường thường bị ảnh hưởng bởi nhiều loại nhiễu, bao gồm nhiễu nhiệt, nhiễu lượng tử, nhiễu 1/f, và nhiễu Barkhausen. Nhiễu làm giảm độ chính xác và độ nhạy của sensor. Do đó, việc giảm thiểu nhiễu là yếu tố quan trọng để phát triển sensor đo từ trường thấp hiệu quả. Ngoài ra, việc chế tạo sensor có kích thước nhỏ, dễ tích hợp vào các thiết bị điện tử cũng là một thách thức. Các sensor hiện tại thường có độ nhạy chưa đủ cao để phát hiện các tín hiệu từ trường yếu. Đồng thời, sự ổn định của vật liệu NiFe trong điều kiện môi trường khác nhau cũng cần được xem xét.

2.1. Các Loại Nhiễu Ảnh Hưởng Đến Độ Chính Xác của Cảm Biến

Các cảm biến luôn bị ảnh hưởng bởi các nhân tố bên ngoài môi trường như nhiệt độ và tần số. Những ảnh hưởng này được gọi là nhiễu. Nhiễu là sự thay đổi ngẫu nhiên của tín hiệu ngõ ra của cảm biến khi giá trị đo bằng 0. Việc đánh giá nhiễu dựa trên 3 loại chủ yếu: nhiễu tần số 1/f, nhiễu nhiệt, và nhiễu lượng tử.

2.2. Giới Hạn về Độ Nhạy và Dải Đo của Sensor NiFe Truyền Thống

Hiện tại, các sensor chế tạo được tại phòng thí nghiệm mới chỉ đạt được ở mức phát hiện hạt từ có kích thước micromét mà chưa tiếp cận được với vùng từ trường nhỏ cỡ từ trường trái đất và dưới mức từ trường trái đất. Vì vậy, việc phát triển các sensor có thể làm việc trong vùng từ trường này đang là một đề tài thu hút sự chú ý.

III. Phương Pháp Chế Tạo Sensor NiFe Cấu Trúc Nano Độ Nhạy Cao

Để giải quyết các thách thức trên, nghiên cứu tập trung vào việc sử dụng mạch cầu Wheatstone và vật liệu NiFe cấu trúc nano. Mạch cầu Wheatstone có khả năng ổn định nhiệt tốt, giúp giảm thiểu nhiễu nhiệt. Vật liệu NiFe cấu trúc nano có độ nhạy cao và ổn định trong vùng từ trường nhỏ. Quy trình chế tạo bao gồm các bước: làm sạch đế Si/SiO2, phủ chất cản quang, quang khắc (UV), phủ màng NiFe, và lift-off. Công nghệ quang khắc và công nghệ phún xạ được sử dụng để tạo ra sensor với cấu trúc nano chính xác. Việc kiểm soát các thông số trong quá trình chế tạo, như áp suất khí, công suất phún, và tốc độ quay của đế, là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng của màng mỏng NiFe.

3.1. Lựa Chọn Mạch Cầu Wheatstone Để Giảm Nhiễu Từ Trường

Mạch cầu Wheatstone có khả năng giảm nhiễu của môi trường và ổn định nhiệt tốt. Trong mạch cầu có bốn điện trở bằng nhau về kích thước. Việc lựa chọn mạch cầu Wheatstone làm cấu hình sensor là để giảm tối đa ảnh hưởng của môi trường, đặc biệt là nhiễu nhiệt, do đó tỉ số tín hiệu/nhiễu sẽ lớn.

3.2. Ứng Dụng Công Nghệ Quang Khắc và Phún Xạ Để Chế Tạo Màng Mỏng

Công nghệ quang khắc và công nghệ phún xạ là hai công nghệ chính được sử dụng để chế tạo sensor. Đầu tiên mẫu được phủ lớp cản quang, sau đó đem đi quang khắc và phún màng, cuối cùng tiến hành lift – off.

IV. Khảo Sát Tính Chất Điện và Từ của Sensor Từ Trường NiFe

Sau khi chế tạo, sensor được khảo sát tính chất điện và từ bằng các phương pháp khác nhau. Tính chất điện được khảo sát bằng cách đo hiệu ứng từ điện trở trên sensor. Dòng điện không đổi được cấp bởi một nguồn dòng một chiều, và thế lối ra được đo bằng máy đo Keithley 2000. Sensor được đặt trong từ trường một chiều, và cường độ từ trường được đo bằng máy đo từ trường Gaussmeter. Tính chất từ được khảo sát bằng phương pháp đo từ kế mẫu rung (VSM). Mục đích của VSM là khảo sát sự phụ thuộc từ độ của mẫu vào từ trường ngoài, xác định đường cong từ trễ, và sự phụ thuộc của từ độ vào nhiệt độ.

4.1. Phương Pháp Đo Hiệu Ứng Từ Điện Trở Để Đánh Giá Độ Nhạy

Để khảo sát tính chất điện của sensor, tiến hành đo hiệu ứng từ điện trở trên sensor. Dòng điện không đổi được cấp bởi một nguồn dòng một chiều và thế lối ra được đo bằng máy đo Keithley 2000. Trong quá trình đo, sensor được đặt trong từ trường một chiều được tạo ra bởi một nam châm điện. Cường độ từ trường được đo bằng máy đo từ trường Gaussmeter.

4.2. Sử Dụng Từ Kế Mẫu Rung VSM Để Xác Định Đường Cong Từ Trễ

Mục đích của việc đo từ kế mẫu rung (VSM) là khảo sát sự phụ thuộc từ độ của mẫu vào từ trường ngoài (M phụ thuộc vào H), xác định đường cong từ trễ, sự phụ thuộc của từ độ vào nhiệt độ, nhiệt chuyển pha sắt từ - thuận từ TC, nhiệt chuyển pha sắt từ-siêu thuận từ (nhiệt độ Blocking TB).

V. Kết Quả Nghiên Cứu và Ứng Dụng Của Sensor Từ Trường Thấp NiFe

Kết quả nghiên cứu cho thấy sensor chế tạo được có độ nhạy cao và khả năng đo từ trường thấp tốt. Sensor có khả năng phát hiện từ trường trái đất và có độ ổn định cao. Các kết quả thực nghiệm phù hợp với lý thuyết và mô phỏng. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng kích thước và chiều dày của màng mỏng NiFe ảnh hưởng đến độ nhạy của sensor. Sensor có kích thước nhỏ và chiều dày màng mỏng phù hợp cho độ nhạy cao hơn. Các ứng dụng tiềm năng của sensor này bao gồm: đo từ trường trong y sinh, giám sát môi trường, và điều hướng trong các thiết bị di động.

5.1. Đánh Giá Độ Nhạy Từ Trường và Dải Đo Thực Tế Của Sensor

Thế lối ra của sensor đạt giá trị lớn nhất, 36mV, tại giá trị từ trường 100 Oe. Quá trình bão hòa xảy ra khi từ trường ngoài vượt quá giá trị 100 Oe. Độ nhạy của sensor trong dải từ trường thấp có thể được đánh giá từ số liệu thực nghiệm theo công thức S = ∆V / ∆H.

5.2. Ứng Dụng Sensor Để Đo Từ Trường Trái Đất và Các Lĩnh Vực Khác

Ứng dụng quan trọng và phổ biến nhất của sensor là để đo và phát hiện từ trường. Sensor có khả năng đo được cường độ từ trường trái đất. Giá trị cường độ trái đất mà nhận được từ kết quả thực nghiệm là 0,41 Oe.

VI. Kết Luận và Hướng Phát Triển Sensor Từ Trường Thấp NiFe Nano

Nghiên cứu đã thành công trong việc chế tạo sensor đo từ trường thấp dựa trên màng mỏng từ NiFe cấu trúc nano sử dụng mạch cầu Wheatstone. Sensor có độ nhạy cao và khả năng đo từ trường thấp tốt. Các kết quả nghiên cứu mở ra nhiều hướng phát triển trong tương lai. Cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa cấu trúc nano của vật liệu NiFe, giảm thiểu nhiễu, và cải thiện độ ổn định của sensor. Việc tích hợp sensor vào các thiết bị điện tử cũng là một hướng quan trọng. Nghiên cứu cũng cần tập trung vào việc phát triển các ứng dụng thực tế của sensor, như trong y sinh, giám sát môi trường, và điều hướng.

6.1. Tối Ưu Hóa Cấu Trúc Nano và Vật Liệu Để Nâng Cao Độ Nhạy

Việc tối ưu hóa cấu trúc nano của vật liệu NiFe có vai trò then chốt trong việc nâng cao độ nhạy của cảm biến.

6.2. Nghiên Cứu Ứng Dụng Thực Tế Trong Y Sinh và Các Lĩnh Vực Khác

Cần tập trung nghiên cứu vào các ứng dụng thực tế của sensor trong các lĩnh vực khác nhau, đặc biệt trong y sinh.

Trích đoạn nội dung tài liệu

chương 1, chúng tôi đã trình bày các hiệu ứng từ điện trở, hiệu ứng Hall phẳng, các loại nhiễu sensor và sensor dạng cầu Wheatstone. Ở chương này, chúng tôi đã nghiên cứu lý thuyết của hiệu ứng từ điện trở và chọn hiệu ứng này làm cơ sở chế tạo sensor. Qua nghiên cứu về một số loại nhiễu thì sensor nào cũng bị ảnh hưởng bởi nhiễu nhiệt, do đó chúng tôi đã lựa chọn mạch cầu Wheatstone làm cấu hình sensor để giảm nhiễu nhiệt. TIEU LUAN MOI download : [e-mail] -22- Chương 2.

Các phương pháp thực nghiệm 2.1 Các thiết bị sử dụng trong luận văn 2.1 Thiết bị quay phủ Khi thực hiện quá trình quay phủ chất cản quang, chúng tôi sử dụng thiết bị quay phủ Suss MicroTec. Chất cản quang được sử dụng là AZ5214-E. Thiết bị quay phủ Suss MicroTec và bảng điều khiển Thiết bị quay phủ gồm 3 bộ phận chính: buồng quay phủ, bơm hút chân không và bảng điều khiển. Trong buồng quay phủ có một trục quay thẳng đứng, trên đầu trục là một lỗ nhỏ dùng để hút chân không giữ mẫu.

Buồng có nắp đậy ở trên để ngăn chặn bụi rơi vào mẫu khi quay phủ và giữ an toàn cho người sử dụng khi mẫu được quay với tốc độ cao. Hệ thống chống rung giúp máy vận hành êm, giảm thiểu hạt sinh ra trong quá trình quay phủ. Bảng điều khiển cho ta tùy chỉnh các thông số: STEP: Số bước trong một chu trình quay phủ (v/p) RPM: Tốc độ quay phủ trong mỗi bước : Số lần gia tốc trong mỗi bước TIME: Thời gian thực hiện mỗi bước (s) Bơm hút chân không có tác dụng hút chân để giữ mẫu khỏi bị văng ra ngoài khi quay phủ thông qua một lỗ nhỏ. TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.2 Hệ quang khắc Khi chế tạo sensor chúng tôi sử dụng máy quang khắc MJB4 (Suss microtech).

MJB4 có thể tạo ra những vi linh kiện có độ chính xác cao. Máy được trang bị cấu hình quang học cao, có thể thực hiện quang khắc với nhiều bước sóng khác nhau. Cường độ chiếu cực đại khoảng 80 mw/cm2, độ phân giải tối đa là 0,5 µm. Thiết bị quang khắc MJB4 Các chế độ làm việc của Hệ quang khắc MJB4: - Tiếp xúc xa (Soft Contact): Chế độ tiếp xúc xa có thể đạt được độ phân giải 2,0 µm.

Độ phân giải cuối cùng phụ thuộc chủ yếu vào quy trình kỹ thuật như phạm vi quang phổ, khoảng cách giữa mặt nạ và tấm nền… - Tiếp xúc gần (Hard Contact): Ở chế độ này, khoảng cách giữa mẫu và mặt nạ được rút ngắn hơn nhờ một hệ thống đẩy bằng khí nitơ ở dưới mẫu. Độ phân giải có thể đạt được đến 1µm. - Tiếp xúc chân không (Vacuum Contact): Chế độ này giúp đạt được độ phân giải cao hơn tiếp xúc xa và gần vì khoảng cách giữa mặt nạ và mẫu tiếp tục được giảm. Để đạt được độ phân giải cao nhất thì độ dày lớp cảm quang phủ trên mẫu cũng cần được tối ưu hóa.

- Tiếp xúc chân không thấp (Low Vacuum Contact): Đối với các mẫu dễ vỡ ta có thể quang khắc bằng chế độ chân không thấp. Tiếp xúc chân không thấp giúp giảm tác động đến mẫu hơn tiếp xúc chân không thường, đồng thời cho độ phân giải cao hơn tiếp xúc xa và gần… Độ phân giải phụ thuộc vào nhiều yếu tố như kích cỡ tấm nền, độ phẳng, chất lượng của màng cảm quang phủ trên đế, điều kiện phòng sạch,. TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.3 Kính hiển vi quang học Kính hiểu vi quang học dùng để quan sát các vật thể có kích thước nhỏ mà mắt thường không thể quan sát được bằng cách tạo ra hình ảnh phóng đại của vật thể đó. Về nguyên lý, kính hiển vi quang học có thể tạo độ phóng đại lớn tới vài ngàn lần, nhưng độ phân giải của các kính hiển vi quang học truyền thống bị giới hạn bởi hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng và cho bởi:  d 2 NA (2.1) Trong đó: λ là bước sóng ánh sáng, NA là thông số khẩu độ.

Trong luận văn này, chúng tôi dùng kính hiển vi quang học M1 (carl Zeiss) với độ phóng đại tối đa là 1000 lần được đặt trong phòng sạch tại phòng thí nghiệm micro – nano của trường Đại học Công nghệ. Sau khi quang khắc và tráng rửa mẫu, kính hiển vi là phương tiện hữu hiệu để kiểm tra và đánh giá mức độ thành công của quá trình quang khắc.4 Buồng xử lý mẫu Hình 2. Buồng xử lý mẫu Các thao tác làm sạch, sấy khô, tráng rửa mẫu đều được thực hiện trong buồng xử lý mẫu. Buồng xử lý mẫu bao gồm bếp nung, súng xì khô, các hóa chất tẩy rửa như cồn, axeton, nước DI, dung dịch developer AZ300MIF.

Axeton có tác dụng làm sạch đế silic trước khi chế tạo sensor và làm bong phần màng có phủ photoresist. Cồn có tác dụng làm rửa trôi axeton còn dính trên đế. Nước DI làm sạch lượng cồn bám trên đế silic. Dung dịch developer có tác dụng làm cho phần cần tạo quang khắc hiện hình trên lớp cản quang.

TIEU LUAN MOI download : [e-mail] -25- Bếp nung (hotplate) dùng để sấy khô mẫu ở các nhiệt độ khác nhau và đóng rắn lớp cản quang trước và sau khi quang khắc. Các thông số có thể tùy chỉnh gồm nhiệt độ cần đặt, tốc độ gia nhiệt. Yêu cầu đối với hotplate trong quá trình nung mẫu là nhiệt độ luôn luôn phải giữ ổn định cho phép sai số ± 10C trong quá trình nung mẫu đã phủ màng cản quang [4].5 Thiết bị phún xạ Hình 2. Thiết bị phún xạ catot ATC-2000FC Quá trình phún xạ màng được thực hiện bằng thiết bị phún xạ catot ATC- 2000FC.

Thiết bị phún xạ gồm các bộ phận chính là: buồng phún xạ, bảng điều khiển, hệ thống van bơm, hút chân không. Hệ thống bơm chân không gồm hai bơm chân không kết nối với nhau là bơm Turbo phân tử và bơm cơ học thông qua các valve. Các valve này có thể đóng mở tự động nhờ vào việc điều khiển các dòng khí nén. Bơm Turbo có thể tạo chân không cao 10-8 đến 10-9 Torr, tốc độ đạt được chân không nhanh và không làm nhiễm bẩn buồng chân không do không dùng cơ chế đốt nóng bằng dầu như bơm khuếch tán.

Hệ thống phún xạ catot có hai buồng chân không được kết nối với nhau thông qua một vách ngăn là buồng chính và buồng phụ. Mẫu được đưa vào buồng phụ trước, sau đó mới đưa vào buồng chính. Bia là các tấm vật liệu (Cu, Fe, Ta, FePt, IrMn, FeCo, NiFe…) hình tròn dày 3mm đường kính 2 inch. Mỗi bia được đặt trên một nguồn phún xạ, các bia vật liệu từ được đặt trên các nguồn RF, còn các bia vật liệu phi từ được đặt trên các nguồn DC.

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.2 Các phương pháp khảo sát tính chất của sensor 2.1 Khảo sát tính chất điện của sensor Để khảo sát tính chất điện của sensor, chúng tôi tiến hành đo hiệu ứng từ điện trở trên sensor. Sơ đồ bố trí hệ đo được minh họa trên hình 2. Dòng điện không đổi được cấp bởi một nguồn dòng một chiều Dual DC Power Supply P3030D và thế lối ra được đo bằng máy đo Keithley 2000. Trong quá trình tiến hành đo, sensor được đặt trong từ trường một chiều được tạo ra bởi một nam châm điện.

Cường độ từ trường được đo bằng máy đo từ trường Gaussmeter. Các thiết bị hiển thị từ trường và thế ra của cảm biến đều được ghép nối với máy tính cho phép ghi nhận số liệu một cách chính xác và đầy đủ. Sơ đồ thí nghiệm đo hiệu ứng từ điện trở 2.2 Khảo sát tính chất từ của sensor Hình 2. Sơ đồ khối hệ đo từ kế mẫu rung TIEU LUAN MOI download : [e-mail] -27- Mục đích của việc đo từ kế mẫu rung (VSM) là khảo sát sự phụ thuộc từ độ của mẫu vào từ trường ngoài (M phụ thuộc vào H), xác định đường cong từ trễ, sự phụ thuộc của từ độ vào nhiệt độ, nhiệt chuyển pha sắt từ - thuận từ TC, nhiệt chuyển pha sắt từ-siêu thuận từ (nhiệt độ Blocking TB).

Nguyên lý hoạt động của từ kế mẫu rung dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ trong đó sự thay đổi từ thông của mẫu chuyển thành tín hiệu điện. Bằng cách thay đổi vị trí tương đối của mẫu có mô men từ M với cuộn dây thu, từ thông qua tiết diện ngang của cuộn dây sẽ thay đổi theo thời gian làm xuất hiện trong nó một suất điện động cảm ứng. Các tín hiệu đo được (tỷ lệ với M) sẽ được chuyển sang giá trị của đại lượng từ cần đo bằng một hệ số chuẩn của hệ đo. Để thực hiện được phép đo này, mẫu được rung với tần số xác định trong vùng từ trường đồng nhất của một nam châm điện.

Từ trường này sẽ từ hoá mẫu và khi mẫu rung sẽ tạo ra hiệu điện thế cảm ứng trên cuộn dây thu tín hiệu. Tín hiệu được thu nhận, khuyếch đại rồi được xử lý trên máy tính và cho ta biết giá trị từ độ của mẫu.3 Kết luận chương 2 Trong chương 2, chúng tôi đã trình bày các thiết bị và hóa chất dùng để chế tạo sensor là thiết bị quay phủ chất cản quang, hệ quang khắc, kính hiển vi, thiết bị phún xạ, các hóa chất như cồn, axeton, chất cản quang, dung dịch developer. Chúng tôi cũng đã trình bày phương pháp đo hiệu ứng từ điện trở và phương pháp đo từ kế mẫu rung để khảo sát tính chất điện và từ của sensor. TIEU LUAN MOI download : [e-mail] -28- Chương 3.

Thực nghiệm và kết quả 3.1 Quy trình chế tạo sensor (1) Làm sạch đế Si/Si02 (6) Phủ chất cản quang (2) Phủ chất cản quang (7) Quang khắc (UV) (3) Quang khắc (UV) (8) Phủ điện cực Cu (4) Phủ màng NiFe (5) Lift – off (9) Lift – off Hình 3. Sơ đồ chung về quy trình chế tạo sensor Như đã trình bày trong phần mạch cầu điện trở Wheatstone, chúng tôi đã chọn mạch cầu điện trở Wheatstone làm cấu hình chế tạo sensor. Mục đích của sự lựa chọn này là do mạch cầu Wheatstone có khả năng giảm tối đa nhiễu của môi trường. Theo đó, trong mạch cầu sẽ có bốn điện trở, và bốn điện trở này sẽ có kích thước bằng nhau.

Điểm khác ở đây là khi tiến hành chế tạo, mỗi điện trở được tạo thành từ nhiều thanh điện trở riêng biệt có kích thước nhỏ hơn (xem trên hình 3.