應用巨磁阻感測器於偵測直流無刷馬達轉子位置及扭力

本研究目的之一首先在研究巨磁阻效應，分為電流平行膜面量測式(CIP)與電流垂直膜面量測式(CPP)兩種結構。探討其製作方法、量測與特性。設計出兩種不需使用蝕刻製程的CPP自旋閥的製作方法。利用電子束微影技術多次曝寫顯影的方式蒸鍍出SiO2奈米孔洞並隔離上下電極，以製作出柱形結構之自旋閥。另外，嘗試一種漸層式的曝寫方法以製作出低通道電阻之奈米接觸點，亦可顯示CPP自旋閥的特性，並探討後續樣品製作與量測的改善方向。透過基礎的巨磁阻樣品製作與實驗，了解電子自旋與巨磁阻效應的關係之後，探討巨磁阻效應於感測器用途上之結構設計與應用類型。利用其方向性感測、高靈敏度、高溫度穩定性的特性優勢，將之應用在馬達磁場量測與分析上。並實際應用市售巨磁阻感測器，取代現有的馬達轉子位置的量測方法，量測永磁馬達轉子與磁阻馬達轉子之位置。並排除轉子極形與定子電流所產生的磁場干擾，解析出更為精細的轉子位置。利用二維巨磁阻感測器所量取動態馬達槽開口氣隙磁場的資訊，可解析出轉子的極性、磁場大小與位置，及定子電流所產生的磁場大小與方向。據以判讀出交軸電流與直軸磁場的大小，推算出馬達輸出扭力。

關鍵字

巨磁阻效應；自旋閥；電流垂直膜面式；電子微影技術；直流無刷馬達；馬達氣隙磁場；馬達轉子位置

並列摘要

One purpose of this paper is to study CIP and CPP GMR sample fabrication and characteristic measurement. For CPP GMR spin valve fabrication, two methods are designed by using e-beam lithography (EBL). These methods are no etching processes. One is making a nano hole by two EBL processes and deposit two SiO2 layers to isolate the upper and lower conductor. Another is using PMMA to be a isolator, and developing a gradient lithography method to make a nano contact. Another purpose is to study GMR sensor types and applications. A commercial angular GMR sensor is used in a complex 2-D magnetic field of the BLDC motor. Only one 2-D GMR sensor is needed in dynamic BLDC motor magnetic field measurement to analysis the rotor position, permanent-magnet field and stator q-axis component current at the different time phase and the torque can be calculated.

並列關鍵字

GMR Effect ； Spin Valve ； CPP(Current Perpendicular to the Plane) ； E-beam Lithography ； BLDC Motor ； Motor Gap Magnetic Field ； Motor Rotor Position

參考文獻

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國際替代計量

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