面向磁通隧结基型传感器的 flux 集中器设计优化

小型化、超灵敏且易于集成的磁力计是许多应用（如太空探索或健康监测）所需的。实现这一目标需要具有高灵敏度和低噪声的磁力计。通过集成高增益的铁氧体 flux 集中器(FC)，可获得高灵敏度(>1000 %/mT)。增加 FC 空隙中磁通隧结(MTJ)的数量可实现磁 1/f 噪声的降低。然而，这以更宽的空隙为代价，导致磁增益以及灵敏度的下降。本文提出一种设计优化方案，以寻找在高 FC 增益和低磁噪声之间获得的最佳权衡。为建模 flux 集中器的增益，我们提出两种互补方法：一种基于有限元仿真，研究空隞几何参数对增益的影响；在第二步中，我们提出一种基于磁阻的解析公式，能够解释所有仿真结果。最终，我们从传感器灵敏度的解析模型中提取出最佳传感器设计，使该设计相较于单个单元的性能提升了三个数量级。