巨磁阻生物传感器阵列及专用锁相放大器设计

EW_GⅠ是基于GMR（巨磁阻）传感器，用于检测血样中特种病毒的正在研发的生物芯片系统。叙述了其巨磁阻传感器阵列以及后端锁相放大IC电路的设计及实现。该阵列包含32个GMR传感器单元和2个传感器参考单元，形成多路的半桥式惠斯通电桥，用于感应绑定磁球的附加磁场。每个单元（100μm×100μm）由长1mm、宽7μm的巨磁电阻蜿蜒而成，该电阻采用[Ag（2nm）/NiFe（6nm）/Cu（2.2nm）/CoFe（4nm）]20结构，采用Ag作为镜面层，其饱和磁场小于等于30mT，GMR值约6%，单个传感器电阻约为780Ω。配套的锁相放大芯片包括了信号通道、参考通道、前置低噪声放大器、带通滤波器、可控增益放大器、相敏检测电路、正交移相电路、差分直流放大电路八个部分，整个设计功耗小于50mW@Vcc=3V。     

用于巨磁阻生物传感器检测的模拟前端电路

提出一种用于巨磁阻(GMR)生物传感器检测的模拟前端电路。电路采用电压检测的方法,包括基准电压源,单位增益缓冲器,电荷转移型开关电容采样保持电路,流水线模数转换器四部分;基准电压源用于产生传感器阵列的片内激励电压;传感器阵列的检测输出电压经单位增益缓冲器后,由开关电容采样保持电路进行采样,保持,放大;最后经过流水线模数转换器输出数字码流;芯片采用SMIC 0.18μm 1P6M CMOS厚栅氧工艺实现。测试结果表明,在电源电压3.3 V,20 MHz时钟下测试,整体电路输出信号有效精度达到7.2 bit,功耗33 mW,满足GMR生物传感器的检测要求。     

基于GMR生物传感器的甲胎蛋白检测

采用磁控溅射、光刻、离子束刻蚀和剥离工艺等工艺和方法,制备了多层膜结构的巨磁阻(GMR)生物传感器件,并利用此种传感器来检测甲胎蛋白。在传感器表面通过生物处理固定甲胎蛋白单克隆抗体(McAb1)作为探针,以捕获目标抗原———甲胎蛋白。用直径1μm的超顺磁磁珠标记目标抗原。当传感器表面抗体将目标抗原捕获后,磁珠标记即被固定在GMR传感器的表面。垂直于传感器表面施加230 Oe(1 Am-1=4π×10-3 Oe)的磁场,即可检测到由磁珠产生的信号。本实验对质量浓度为1 ng/mL的甲胎蛋白进行了检测,得到了信号为0.29～0.34Ω的电阻变化值。此种检测方法可用于诊断原发性肝癌。     

大效应产生大容量

美国IBM公司推出一种高灵敏度磁性探测器,能用于读取比现在密度大20倍的计算机硬盘中的数据。这会使人们更便于将个人计算机用于视频以及其他需要存储和传输大量数据的应用中。 这种传感器利用了所谓的巨磁阻(giant magnetoresistive,GMR)效应,该效应即是多层结构置于磁场中时电阻减少的现象。当这种传感器传     

巨磁电阻传感器

利用材料的巨磁电阻 (GMR)效应 ,可制得新一类磁电阻传感器—— GMR传感器。与传统的磁阻传感器相比 ,GMR传感器具有灵敏度高、可靠性好、测量范围宽、抗恶劣环境、体积小等优点 ,有广泛的应用前景。本文就目前已商业化的几种 GMR传感器的工作原理作一评述     

一种微型Pt温度传感器及其读出电路的研究

基于电阻温度系数(TCR)原理及微机电系统技术,设计并制作了一种用于微型聚合酶链式反应(PCR)芯片的Pt温度传感器及其读出电路。利用溅射和剥离技术将厚度为100 nm的弯曲条形Pt传感器制作在硅衬底上。其长度和宽度分别为2 030μm和10μm。设计了基于四线法温度测量的读出电路,该电路主要包括一个恒流源电路和一个电压放大电路。测试结果表明,该传感器的电阻温度系数为1.48×10-3℃-1,其电阻变化随着温度的变化具有良好的线性度,当温度在27～100℃变化时,电阻范围在653.5～716.5Ω变化。在接出一个8位的模数转换器以后,整个传感器和读出电路能确保一个精度为0.2℃的温度控制,满足一般PCR测量需要。     

256单元光电管阵列四象限CMOS传感器研究

介绍了一种采用0.6μm CM O S工艺实现的256单元光电管阵列四象限CM O S光电传感器。该传感器由16×16单元有源光电管阵列,相关二次采样电路,差分放大电路和数字控制电路组成。每个有源光电管单元的尺寸为60μm×60μm,其感光面积百分比为64.5%,制造工艺与CM O S工艺兼容,实现了象限传感器与后端信号处理电路的单片化集成。通过变频二次采样的工作方式,该传感器的感光动态范围可扩大到84 dB。     

一种新的自旋量子效应——电流感应磁化翻转

电流感应的磁化翻转效应是近年来继巨磁阻效应(GMR)和隧道磁阻效应(TMR)之后提出的一种nm尺度下新的自旋相关效应,在无外加磁场的情况下,垂直于铁磁层平面的自旋极化电流就能引起铁磁层的磁化翻转。该效应有望被用于制作新型的电流操纵磁存储器件。报道了该效应的理论和实验的研究进展。     

硬盘驱动器磁头静电放电的灵敏度测试

提高硬盘密度的竞赛导致盘读头中传感器更小,灵敏度更高。近年来,读头中感应式传感器已为磁阻式传感器(MR)所取代。MR传感器阻抗随盘面磁场而改变,硬盘驱动器将盘面磁场转换为数字数据。现在,MR传感器,或者说磁头,给极高灵敏度磁阻式巨传感器(GMR)开辟了道路。(本文的词汇“传感器MR”以及“磁头”是相通的。) GMR磁头,即薄膜半导体,恰好可认为是最好的静电放电(ESD)检测器。因此,GMR磁头制造厂对他们产品的ESD敏感性进行检验,采用更牢靠的设计,以期在市场中获利。能经受更大的放电而不损坏或者传输曲线变化较少的磁头将对硬盘驱动器制造厂更具有吸引力。 GMR磁头对静电敏感也使得硬盘驱动器制造厂甚为头疼。驱动器制造厂利用这些测试结果决定哪种GMR磁头可在新的驱动器设计中采用。测试也指明驱动制造厂需在他们的装配区域使用何种程序的ESD     

基于C8051F021和GMR传感器的焊缝检测通道设计

为了解决在焊缝检测过程中,传感器拾取信号的处理问题.本文提出以SOC(system on chip,片上系统)的C8051F021为基础,采用时间触发器分时处理焊缝和GMR(Giant Magneto Resistive,巨磁阻)焊枪悬浮高度传感器等信息,设计出焊缝的自动焊接检测通道.经试验表明,这些电路抗干扰能力强、实时性好,其采样精度完全满足控制系统的要求.具有很好的实用价值.     

A micron-sized GMR sensor with a CoCrPt hard bias

A GMR (giant magneto-resistive) spin valve sensor for magnetic recording has been designed in an attempt to solve the Barkhausen noise problem in small-sized GMR sensors. In this study, the GMR ratio of the top-pinned spin valve is optimized to a value of 13.2%. The free layer is magnetized perpendicular to the pinned layer by a CoCrPt permanent magnetic bias so that a linear magnetic field response can be obtained. An obvious improvement on performance is observed when the permanent magnetic bias is magnetized, while the GMR sensor has a steadier MR-H loop and a smaller coercive field.     

亚微米级硅尖端传感器的研制

提出了一种全新的亚微米级温度传感器的构想。作者在借鉴AFM悬臂测头的基础上，采用了微机械加工技术中的各向同性和各向异性腐蚀技术，在硅材料上完成了悬臂梁与硅尖制作。制成的梁的厚度在6μm左右、尖端曲径半径远小于1μm。随后对悬臂梁前端的硅尖进行尖端放电，隧穿其顶端的Si_3N_4层形成温敏器件──一个微型的热电偶。最后进行了这一温敏传感器的引线和封装。由于制作所形成的硅尖曲径半径在0．1μm左右，从而可以在其尖顶上形成亚微米级的温度传感器，在集成电路的探伤与修补以及生物技术领域，有着广阔的应用前景。     

具有CoCrPt硬磁偏置的微尺寸巨磁阻传感器

本文介绍了一种基于GMR自旋阀的磁场传感器,它用于读取磁记录信息,并且通过硬磁偏置层解决了小尺寸GMR中存在的巴克豪森噪声问题. 传感器采用顶钉扎的自旋阀结构的GMR,磁电阻经过优化达到13.2%. 自旋阀的自由层被CoCrPt永磁体磁化到和被钉扎层的磁化方向相互垂直,这样可以使磁传感器得到线性的磁场探测性能. 对磁场传感器经过测试发现,硬磁偏置层在磁化后相较于磁化前,磁传感器的MR-H曲线得到明显改善,且矫顽力降低.     

A 0.6V 1.07 μW/Channel neural interface IC using level-shifted feedback

This paper presents a 16-channel low-power neural interface IC for in-vivo neural recording applications. Each recording channel consists of two AC-coupled close-loop amplifiers: a low noise amplifier (LNA) amplifies the weak neural signal by 26 dB, and a programmable gain amplifier (PGA) provides an additional gain of 8 dB–26 dB. The LNA employs a current-reusing telescopic topology to reduce noise for achieving a better noise efficiency factor (NEF). To further reduce the power consumption, we propose a level-shifted feedback (LSFB) technique to lower the operational supply voltage. Theoretic analysis shows that the proposed amplifier with LSFB halves the minimum required supply voltage compared to conventional AC-coupled close-loop counterparts without degenerating the noise performance. The prototype chip is fabricated in 65 nm CMOS process. Operating under a single 0.6 V supply, each recording channel consumes 1.07 μW. The input-referred noise integrating from 10 Hz to 10 kHz is 5.18 μV, and the NEF/PEF is 2.94/5.19.     

低矫顽力GMR磁传感器及其单畴模型的研究

在硅片上制备结构为Ta/NiFeCr/NiFe/CoFe/Cu/CoFe/IrMn/Ta的IrMn顶钉扎自旋阀薄膜,并最终制成了一组基于此自旋阀结构的GMR磁传感器芯片。利用弱磁场下的退火工艺,改变薄膜易磁化轴的方向,当退火温度为150℃、外加磁场为120Oe时,GMR芯片的矫顽力可以降至0.2Oe以下。同时建立了一种自旋阀自由层的单畴模型,用以解释这一退火效应。利用Mat-lab计算GMR芯片的Meff-H曲线,所得到的计算结果与实验结果一致。所以,自旋阀自由层易磁化轴的方向与GMR磁传感器的性能有着密切的关系。     

体硅热膜传感器单片集成工艺的研究

针对MEMS热膜式传感器的发展趋势和在实用化过程中存在的问题,提出了一种新型的单片电路和体硅MEMS热膜式传感器实现集成制造的嵌入式CMOS工艺技术,解决了MEMS制造工艺和CMOS集成电路工艺之间存在的兼容性问题。通过这种嵌入式CMOS工艺技术,可以实现具备最小体积、最低成本的MEMS器件。通过这种嵌入式热膜式传感器和CMOS处理电路的单片集成制造工艺,实现了一款热膜式传感器和IC放大电路的集成部件,并完成了相关基本电性能测试和传感器功能的演示验证,证明了设计的工艺路线的可行性。     

Strong influence of surface scattering on the electron transport through magnetic multilayers

The theory of spin-independent scattering from surface irregularities is used to calculate the magnetoresistance ratio of conduction-in-plane magnetic multilayers. It is demonstrated that this form of scattering can be the main factor in giant magnetoresistance (GMR), due to nonlinear variation of conductance with thickness for the current channel. Formulae for the magnetoresistance ratio are derived that include the thicknesses of the magnetic layers and the nonmagnetic one. Magnetoresistance values so obtained are shown to be in agreement with previously measured ones. Producing appropriate types of surface roughness and using magnetic semiconductors in the form of quantum wells are identified as promising ways to enhance GMR.