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COMPONENTS TMR SENSORS opposta (antiparallelo). Ciò significa che è possibile com- mutare tra due stati, uno caratterizzato da bassa resi- stenza e uno ad alta resistenza (Fig. 2). Una struttura a pila di strati sottili L’effetto TMR può essere utilizzato in svariate applica- zioni. Per questo è necessario creare una pila di strati sottili. Il “trucco” consiste nell’avere un solo strato fer- romagnetico libero. La giunzione magnetica a tunnel (MTJ) riportata in figura 3 utilizza il cosiddetto accoppiamento di scambio. Questa struttura TMR è costituita da un multistrato di giunzioni MTJ poste tra due elettrodi in una configurazione geo- metrica in cui la corrente scorre perpendicolarmente al piano. La struttura complessa a pila è costituita da elet- trodi doppi ad accoppiamento di scambio, composti da un elettrodo inferiore, uno strato antiferromagnetico (AFM) inferiore, uno strato fisso (PL – Pinned Layer), un distan- ziatore, uno strato di riferimento (RL – Reference Layer), una barriera a tunnel, uno strato sensore (SL – Sensing Layer) e l’elettrodo superiore. Per aumentare il campo di scambio e rendere la giunzio- ne MTJ più stabile termicamente, è possibile utilizzare una struttura antiferromagnetica sintetica (SAF) invece di un singolo elemento ferromagnetico (FM) nello strato fisso adiacente allo strato AFM. La struttura SAF è costi- tuita da due o più strati FM, separati da sottili strati di rutenio e accoppiati tramite interazione RKKY. Per fissa- re la magnetizzazione dello strato fisso in una direzione, si ricorre all’accoppiamento di scambio tra lo strato FM e lo strato AFM. Solo i campi magnetici con intensità supe- riore a quella del campo di scambio possono invertire la magnetizzazione dello strato fisso. Le frecce in figura 3 indicano la direzione della magnetizzazione e del campo magnetico applicato. La velocità di variazione della resistenza di una pila mul- tistrato è rappresentata come rapporto RM. I valori ma- gnetoresistivi degli elementi AMR e GMR convenzionali sono rispettivamente di circa il 5%-10%. Per l’elemento TMR molto più sensibile, è pari o superiore al 100%. Allora perché l’elemento TMR è così sensibile? Come de- scritto, l’elemento GMR è costituito da un metallo non magnetico (ad esempio rame), che è incorporato tra due strati ferromagnetici. Il trasferimento di elettroni avvie- ne per conduzione elettrica nel metallo. In un elemen- to TMR, per contro, il trasferimento di elettroni avviene attraverso un effetto di tunneling secondo le leggi della meccanica quantistica. Pertanto, quando lo strato fisso e lo strato libero sono antiparalleli, un elemento TMR ha una proprietà di eccitazione magnetica che consente di bloccare gli elettroni. Questi ultimi non possono attra- versare la barriera del tun- nel. In un elemento GMR, invece, risulta difficile per gli elettroni attraversare la barriera non metallica. Di conseguenza, un elemento TMR è caratterizzato da un rapporto MR estremamente elevato ed emette segnali molto chiari, ad es. “Sì/No” o “1/0”, in base alla polariz- zazione di spin dei metalli utilizzati. Fig. 3 – Diagramma di una pila MTJ e orientamento dei vettori in ingresso della simulazione rispetto agli assi delle coordinate (Fonte: Bosch Sensortec) ELETTRONICA OGGI 517 - APRILE 2024 61