Diese Arbeit behandelt die Herstellung und Charakterisierung eines magnetischen Dünnfilm-Sensorsystems auf Basis des gigantischen magnetoresistiven Effekts (engl.: giant magnetoresistance effect, Abk.: GMR) auf einem flexiblen Polymersubstrat. Im Zentrum der Untersuchungen steht das von der Wahl des Substrats beeinflusste Schichtwachstum der mittels Kathodenzerstäubung abgeschiedenen Metallschichten und deren, mit der Schichtmorphologie zusammenhängenden magnetischen und magnetoresistiven Eigenschaften. Die Ausprägung des GMR-Effekts ist stark abhängig von Grenzflächen-und magnetischen Kopplungsmechanismen, die durch die Schichtmorphologie beeinflusst werden.
Die Schichtmorphologie wiederum wird stark durch die Keimbildung und das Schichtwachstum bestimmt, welches von den Abscheidebedingungen wie Leistung, Gasdruck und Substrattemperatur und der Beschaffenheit des Substrats bezüglich Rauheit, freier Oberflächenspannung und thermischer Ausdehnung abhängig ist. Der Fokus der vorliegenden Arbeit ruht daher auf der Untersuchung dieser Zusammenhänge und ihres Einflusses auf die magnetoresistiven Eigenschaften der GMRSchichtsysteme.
Aktualisiert: 2020-01-17
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Diese Arbeit behandelt die Herstellung und Charakterisierung eines magnetischen Dünnfilm-Sensorsystems auf Basis des gigantischen magnetoresistiven Effekts (engl.: giant magnetoresistance effect, Abk.: GMR) auf einem flexiblen Polymersubstrat. Im Zentrum der Untersuchungen steht das von der Wahl des Substrats beeinflusste Schichtwachstum der mittels Kathodenzerstäubung abgeschiedenen Metallschichten und deren, mit der Schichtmorphologie zusammenhängenden magnetischen und magnetoresistiven Eigenschaften. Die Ausprägung des GMR-Effekts ist stark abhängig von Grenzflächen-und magnetischen Kopplungsmechanismen, die durch die Schichtmorphologie beeinflusst werden.
Die Schichtmorphologie wiederum wird stark durch die Keimbildung und das Schichtwachstum bestimmt, welches von den Abscheidebedingungen wie Leistung, Gasdruck und Substrattemperatur und der Beschaffenheit des Substrats bezüglich Rauheit, freier Oberflächenspannung und thermischer Ausdehnung abhängig ist. Der Fokus der vorliegenden Arbeit ruht daher auf der Untersuchung dieser Zusammenhänge und ihres Einflusses auf die magnetoresistiven Eigenschaften der GMRSchichtsysteme.
Aktualisiert: 2020-01-17
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Heutzutage sind Gleichspannungssysteme auf Grund der steigenden Zahl von effizient geregelten elektrischen Verbrauchern und Quellen im Vergleich zum letzten Jahrzehnt wesentlich weiter verbreitet. Nicht nur im Hochspannungsbereich verdrängen die Gleichspannungssysteme die Wechselspannungssysteme in fast allen schnell wachsenden Märkten, wie z.B. bei Speicherlösungen für erneuerbare Energie, in Internet- und Telekommunikationsdatenzentren oder bei Schnell-Ladesystemen für Elektroautos. Allerdings ist eine galvanisch getrennte Messung von Gleichspannung und Gleichstrom für Nieder- und Mittelspannung, technisch und wissenschaftlich betrachtet, im Vergleich zur Wechselstrommessung noch deutlich weniger weit entwickelt.
Diese Dissertation befasst sich mit der Realisierung und der Verbesserung von magnetoresistiven (MR) Strom- und Spannungsmesssystemen. Es wurde das mathematische Verfahren der B-Spline-Interpolation angewendet, und zwei neuartige Hysteresekompensationsmethoden, die auf gesteuerten Magnetfeldpulsen basieren, wurden entwickelt. Diese Kombination beider Verfahren ist in der Lage, die Störgrößen Nichtlinearität, Offset- und Temperaturabhängigkeit sowie Hysterese in bisher nicht gekanntem Maße zu kompensieren. Für die Reduzierung des Kalibrierungsaufwands der B-Spline-Modellierung wurden zwei Kalibrierungsverfahren entwickelt, und damit wurde der bisher hohe Aufwand für die Kalibrierung, welcher einer industriellen Implementierung noch im Wege stand, drastisch reduziert. Das resultierende Gesamtkonzept ist eine Lösung für einen einfachen preisgünstigen gleichstromfähigen Sensor mit geringer Leistungsaufnahme und gleichzeitig guter Genauigkeit in einem großen Temperaturbereich für die galvanisch getrennte Strom- und Spannungsmessungen.
Aktualisiert: 2019-12-12
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Der von Peter Grünberg im Forschungszentrum Jülich 1988 entdeckte Giant Magnetoresistive (GMR) Effekt tritt in Nanoschichtsystemen aus elektrisch leitenden magnetischen und nicht magnetischen Einzelschichten auf, deren Dicke weit unter der freien Weglänge der Elektronen liegt. Er beruht auf spinabhängigen Streueffekten und gestattet die Messung magnetischer Felder. Solch ein Sensor wird als Spin Valve bezeichnet, für seinen Aufbau werden antiferromagnetische, ferromagnetiosche und diamagnetische Leiter benötigt.
Diese Arbeit liefert einen Beitrag zur Erforschung der Fertigungstechnologie für Spin Valve Sensoren. Untersucht werden insbesondere Schichtsysteme, die eine Austauschkopplung zwischen einer antiferromagnetischen und einer ferromagnetischen Nanoschicht aufweisen. Die Erzeugung einer solchen Struktur ist Voraussetzung für den Aufbau eines GMR-Schichtsystems, sowie eines kompletten Spin Valve Sensors.
Aktualisiert: 2019-10-17
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Umgebungen mit mehr als 150 °C stellen eine besondere Herausforderung für Sensoren dar. Eine zunehmende Anzahl von Applikationen erfordert jedoch Sensoren, die eine solche thermische Stabilität aufweisen. Im Rahmen dieser Arbeit wird die Entwicklung eines Magnetfeldsensors untersucht, welcher auch bei 250 °C zuverlässig arbeitet und dabei sensitiv genug ist, kleine Magnetfelder, wie das der Erde, zu erfassen. Im Fokus stehen die Entwicklung eines thermisch stabilen Schichtsystems sowie der Entwurf eines geeigneten Sensordesigns und dessen prozesstechnische Umsetzung mit abschließender Charakterisierung.
Aktualisiert: 2019-11-07
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