TRƯỜNG ĐẠI HỌC sư PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA VẬT LYLƯU THỊ LAN ANH NGHIÊN CỨU CHÉ TẠO CẢM BIẾN DẠNG CẦU WHEATSTONE DựA TRÊN HIỆU ỨNG TỪ - ĐIỆN TRỞ DỊ HƯỚNG CẤU TRÚC Ta/NiFe10nm/Ta Chuyên ngành:
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC sư PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA VẬT LY
LƯU THỊ LAN ANH
NGHIÊN CỨU CHÉ TẠO CẢM BIẾN DẠNG CẦU
WHEATSTONE DựA TRÊN HIỆU ỨNG TỪ - ĐIỆN TRỞ DỊ HƯỚNG CẤU TRÚC Ta/NiFe(10nm)/Ta
Chuyên ngành: Vật lý chất rắn KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC • • • •
Người hưótig dẫn khoa học: TS BÙI ĐÌNH TỦ
HÀ NỘI - 2015
Trước tiên, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS BÙI ĐÌNH TÚ,
Trang 2LỜI CẢM ƠN
làm khóa luận
Em xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô trong khoa Vật lý trường
Đại học Sư phạm Hà Nội 2, tập thể các thầy cô, anh chị làm việc và
nghiên cứu tại phòng thí nghiệm micro - nano của trường Đại học Công
nghệ - ĐHQGHN đã giúp đỡ và tạo điều kiện trong suốt thời gian em
được học tập nghiên cứu
Cuối cùng, con xin gửi lời cảm ơn tới toàn thể gia đình, bạn bè,
gia đình và bạn bè đã là nguồn cổ vũ to lớn trong suốt thời gian học tập
và nghiên cứu của con
Hà Nội, ngày tháng năm 2015 Sinh viên
Lun Thị Lan AnhTôi xin cam đoan những kết quả nghiên cứu khoa học trong
khóa luận là hoàn toàn trung thực và chưa từng công bố ở bất kì nơi
nào khác Mọi nguồn tài liệu tham khảo đều được trích dẫn một cách
Trang 3LỜI CAM ĐOAN
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
MỞ ĐÀU 1
CHƯƠNG 1: TỐNG QUAN 3
1.1 Hiệu ứng từ điện trở 3
1.1 1 Hiệu ứng từ trở dị hướng AMR 3
1.2 Nhiễu sensor 9
1.2.1 Nhiễu nhiệt 10
1.2.2 Dải tần nhiễu tương đương 10
1.2.3 Nhiễu lượng tử 10
1.2.4 Nhiễu ì/f 11
1.2.5 Nhiễu Barkhausen 11
1.3 Mạch cầu điện trở Wheatstone 12
1.4 Kết luận chương 1 14
CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP THựC NGHIỆM 15
2.1 Các thiết bị sử dụng trong khóa luận 15
2.1.1 Thiết bị quay phủ 15
2.1.2 Hệ quang khắc 16
2.1.3 Kính hiển vi quang học 17
2.1.4 Buồng xử lý mẫu 17
2.1.5 Thiết bị phún xạ 18
2.2 Các phương pháp khảo sát tính chất của sensor 19
Trang 4MỤC LỤC
2.2.2 Khảo sát tính chất từ điện trở của sensor 20
2.3 Kết luận chương 2 22
CHƯƠNG 3: THựC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 23
3.1 Quy trình chế tạo sensor 23
3.1.1 Chế tạo các điện trở dạng cầu Wheatstone 24
3.1.2 Chế tạo các điện cực 27
3.2 Ket quả và thảo luận 28
3.2.1 Tính chất từ và từ điện trở trên màng “full film” 28
3.2.2 Tính chất từ điện trở trên cảm biến cầu Wheatstone 30
3.3 Kết luận chương 3 33
KẾT LUẬN 34
TÀI LIỆU THAM KHẢO 35
Bảng 1.1: Các loại sensor đo từ trường và dải đo của chúng 1
Bảng 3.1: Các thông số trong quá trình phủ chất cản quang AZ5214 - E 25
Bảng 3.2: Thông số phún xạ khi tạo điện trở cấu trúc cầu 27
Bảng 3.3: Các thông số phún điện cực 28
Bảng 3.4: Độ biến thiên điện áp và độ nhạy của cảm biến khi thay đổi dòng cấp 32
Hình 1.1: Nguồn gốc vật lý của AMR 4
Hình 1.2: Sự thay đối của điện trở suất dưới tác động củatừ trường ngoài 4
Hình 1.3: Giá trị điện trở phụ thuộc vào góc giữa dòng điện và hướng của vector từ hóa 5
Hình 1.4: Mô hình hiệu ứng Hall phang 6 Hình 1.5: Sơ đồ minh họa sự khác nhau giữa hiệu ứng Hall thường và hiệu
Trang 5ứng Hall phang 6
Hình 1.6: Mô hình minh họa mối liên hệ giữa thế Hall phắng và thế AMR 7
Hình 1.7: Mô hình cảm bien Hall phang trong cấu trúc spin - valve 8
Hình 1.8: (a) Mạch cầu Wheatstone 12
(b) Mạch cầu Wheatstone dưới tác dụng của hiệu ứng từ điện trở dị hướng 12
Hình 2.1: Thiết bị quay phủ Suss MicroTec và bảng điều khiển 15
Hình 2.2: Thiết bị quang khắc MJB4 16
Hình 2.3: Buồng xử lí mẫu 18
Hình 2.4: Thiết bị phún xạ catot ATC - 2000FC 18
Hình 2.5: (a) Sơ đồ nguyên lý của thiết bị từ kế mẫu rung 20
(b) Thiết bị từ kế mẫu rung VSM 20
Hình 2.6: (a) Sơ đồ thí nghiệm đo hiệu ứng từ điện trở 21
(b) Mô hình thực nghiệm khảo sát sự phụ thuộc thế ra của sensor và từ trường ngoài 21
Hình 3.1: Sơ đồ chung về quy trình chế tạo sensor 23
Hình 3.2: Ảnh chụp mask điện trở mạch cầu Wheatstone 26
Hình 3.3: Mạch cầu điện trở sau khi phún xạ và lift - off 27
Hình 3.4: Ảnh chụp mask điện cực 27
Hình 3.5: Ảnh chụp sensor sau khi tráng rửa 28
Hình 3.6: (a) Đường cong từ hóa trên màng có bề dày 10 nm đo theo phương song song từ trường ghim 29 (b) Sự phụ thuộc của tín hiệu điện áp lối ra vào từ trường ngoài của
Trang 6MỤC LỤC
Hình 3.7: Sự phụ thuộc thế lối ra theo từ trường ngoài một chiều, đo tại lmA
(a) Trong thang đo từ trường lớn ; (b) Trong thang đo từ trường nhỏ 30
Hình 3.8: Sự phụ thuộc thế lối ra theo từ trường ngoài một chiều, đo tại các dòng 1, 2, 3mA:
(a) Trong thang đo từ trường lớn, (b) Trong thang đo từ trường nhỏ 31
Trang 7Magnetic Sensor Technology
từ điện trở dị hướng, Flux-Gate được liệt kê trong bảng 1 [7]
Bảng 1.1: Các loại sensor đo từ trường và dải đo của chủng
DETECTABLE FIELD RANGE (gauss)* 10' 8 10 -* 10 ° 10 4 10 8
MAGNETODIODE OPTICAL SENSOR GIANT MAGNETORESISTIVE HALL- EFFECT SENSOR
MAGETO-ƯU điểm của các sensor quang là đáp ứng nhanh, độ chính xác cao nhưng công nghệ chế tạo phức tạp, dễ bị hỏng và bị ảnh hưởng bởi môi trường thời tiết[5]
Với mục tiêu chế tạo cảm biến đo từ trường thấp giảm thiểu ảnh hưởng các loại nhiễu đặc biệt là nhiễu nhiệt, tối ưu hóa kích thước, đơn giản hóa quy trình công nghệ, giảm chi phí sản xuất, chúng tôi đã lựa chọn thiết kế cảm biến dạng mạch cầu Wheatstone hoạt động dựa trên hiệu ứng từ điện trở dị hướng (AMR) Với thiết kế dạng mạch cầu Wheatstone này, các ảnh hưởng của nhiễu nhiệt lên tín hiệu cảm biến
sẽ được giảm tối đa và do đó sẽ tăng cường được độ nhạy của cảm biến Trong khóa luận này, vật liệu được lựa chọn để chế tạo cho điện trở cảm biến là Ni80Fe2o - là vật liệu từ mềm có lực
Trang 8kháng từ Hc nhỏ, độ từ thẩm cao rất phù họp để chế tạo cảm biến có độ nhạy cao và ổn định trong dải từ
trường thấp Vì vậy ngoài khả năng đo được từ trường Tráiđất, cảm biến còn được kì vọng phát triển ứng dụng trong các lĩnh vực y - sinh học, bảo vệ môi trường, khoa học kỹthuật quân sự, phương tiện giao thông, Với định
hướng đó, chúng tôi chọn đề tài “Nghiên cứu chế tạo cảm biến dạng
cầu Wheatstone dựa trên hiệu ứng từ - điện trở dị hướng cấu trúc Ta/NỈFe(10nm)/Ta
” làm đề tài khóa luận tốt nghiệp của mình.
2 Mục tiêu khóa luận
- Chế tạo cảm biến dạng cầu Wheatstone dựa trên hiệu ứng từ - điện trở dị hướng AMR kích thước 4 X 0,45 mm, bề dày màng 10 nm
- Khảo sát các tính chất từ, từ điện trở của cảm biến
3 Đối tượng nghiên cún
- Cảm biến dạng mạch cầu Wheatstone dựa trên hiệu ứng AMR
4 Phương pháp nghiên cún
Sử dụng phương pháp thực nghiệm
- Chế tạo cảm biến với vật liệu NÌ8oFe2o
- Khảo sát tính chất của cảm biến đã chế tạo
5 Nội dung khóa luận bao gồm
Chương 1: TỔNG QUAN
Chương 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP THựC NGHIỆM
Chương 3: THựC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ
Trang 9Điện trở lớn
CHƯƠNG 1: TỎNG QUAN
1.1 Hiệu ứng từ điện trở
Hiệu ứng từ điện trở (magnetoresistance - MR) là sự thay đổi điện trở của một
vật dẫn dưới tác động của từ trường, được xác định bằng công thức: MR= A p / p
= [ p ( 0 ) - p ( H ) ] / p ( 0 ) = [R(0)-R(H)]/R(0) (1.1)
1.1.1 Hiệu ứng từ trở dị hướng AMR
Hiệu ứng từ điện trở dị hướng (AMR - Anisotropic magnetoresistance) xảy ra trong các kim loại từ tính, đó là hiện tượng thay đổi điện trở dưới tác dụng của từ trường do lực Lorentz tác dụng lên các hạt tải điện, sự thay đổi điện trở này sẽ phụ thuộc vào góc giữa vector từ độ và chiều dòng điện[l] Nguồn gốc vật lý của hiệu ứng từ điện trở phụ thuộc vào liên kết spin quỹ đạo Các đám mây điện tử bao quanh mỗi hạt nhân, đám mây này thay đổi hình dạng phụ thuộc vào định hướng của momen từ và sự biến dạng của các đám mây điện tử làm thay đổi lượng tán xạ của điện tử dẫn khi nó đi qua mạng tinh thể
Điện trở nhỏ
Từ trường —^
Hình 1.1: Nguồn gốc vật lý của AMR Ta có
thể giải thích sự phụ thuộc điện trở của vật dẫn vào định hướng của momen từ vớichiều dòng điện như sau: Neu từ trường được định hướng vuông góc với chiều củadòng điện thì khi đó quỹ đạo chuyển động của các điện tử nằm trong mặt phang của
dòng điện và như vậy chỉ tồn tại một mặt cắt
Trang 10nhỏ đối với tán xạ của điện tử, dẫn tới vật dẫn có điện trở nhỏ Ngược lại, khi từ trường áp vào song song với chiều dòng điện, và mặt cắt đối với tán xạ điện tử tăng lên, dẫn tới vật dẫn có điện trở cao (xem hình 1.1)
Trong thực tế, các sensor từ trở dị hướng thường được chế tạo dưới dạng màng mỏng sao cho trên màng tồn tại hai phương từ hóa: phương dễ và phương khó.Phương dễ từ hoá là phương mà sự từ hoá đạt đến trạng thái bão hoà dễ dàng nhất (bão hoà ở từ trường thấp) Phương khó từ hóa là phương mà sự từ hóa khó đạt đến trạng thái bão hoà nhất (bão hoà ở từ trường cao)[2]
Ap/p
Hình 1.2: Sự thay đối của điện trở suất do tác động của từ trường ngoài Lý
thuyết của hiệu ứng từ trở dị hướng AMR trong các màng mỏng bằng vật liệu sắt từ rất phức tạp Đe đơn giản, đầu tiên ta giả định rang, vector từ hóa trong màng sắt từ ban đầu ở trạng thái bão hòa Ms, khi có sự tác động của từ trường ngoài sẽ làm thay đổi hướng của vector từ hóa này Ngoài ra, ta có thể xét hiệu ứng AMR ở hai khía cạnh đơn giản, đó là mối quan hệ giữa điện trở và hướng của vector từ độ (vector từ hóa) và mối quan hệ giữa hướng của vector từ độ và từ trường ngoài.Điện trở của
màng mỏng có thể xác định thông qua góc 6 - góc giữa chiều dòng điện và vector từ
Trang 11+ p 0 n và Ap là hằng số của vật liệu
+ l là độ dài của màng mỏng +b là độ
rộng của màng mỏng
+d là độ dày của màng mỏng
+ R (ì là điện trở khi vector từ độ vuông góc với trục dễ từ hóa
+ AR là độ thay đổi điện trở lớn nhất bởi sự tácđộng của từ trường ngoài
Từ (1.2) ta có đồ thị biểu diễn sự phụthuộc của R và 6 như hình 1.3.
* m
Hình 1.3: Giả trị điện trở phụ thuộc vào góc giữa dòng điện và hướng
của vector từ hóa
1.1.2 Hiệu ứng Hall phẳng
Bản chất của hiệu ứng Hall phẳng (Planar Hall effect) cũng tương tự như hiệu ứng AMR đó là tín hiệu lối ra phụ thuộc vào góc giữa từ độ và dòng qua cảm biến Dựa vào sự tán xạ của điện tử theo phương từ độ của lớp sắt từ, khi cho dòng điện I chạy qua cảm biến theo hướng X, thì điện tử sẽ bị tán xạ theo hướng của từ độ M tạo
ra điện trường E theo hướng của từ độ M Điện trường E này tạo ra hiệu điện thế V theo hướng y vuông góc với dòng điện (hình 1.4)
Trang 12Hình 1.4: Mô hình hiệu ứng Hall phắng Ở đây ta cần chú ý đến
sự khác nhau cơ bản giữa hiệu ứng Hall thường, hiệu ứng Hall dị hướng và hiệu ứng Hall phang Neu trong hiệu ứng Hall thường và dị thường từ trường ngoài vuông gócvới mặt phang mẫu thì trong hiệu ứng Hall phang từ trường ngoài phải đặt song songvới mặt phang mẫu (hình 1.5)
Hình 1.5: Sơ đồ minh họa sự khác nhau giữa hiệu ứng Halỉ thường và hiệu
ứng Hall phang
Sở dĩ có sự khác nhau như vậy là do trong hiệu ứng Hall thường, thế Hall xuất hiện do lực Lorentz của từ trường ngoài tác dụng lên các hạt mang điện, còn trong hiệu ứng Hall phang nó lại phụ thuộc vào góc giữa từ độ của mẫu và chiều dòng điện, về bản chất đây chính là đặc thù của hiệu ứng từ trở dị hướng AMR
Classic Hall
Trang 13Hình 1.6: Mô hình minh họa mối liên hệ giữa thế Hall phắng và thế AMR Hiệu
ứng Hall phang được tìm thấy trong vật liệu từ khi điện trở của vật liệu phụ thuộc vào góc giữa phương của dòng điện I và từ độ của mẫu M Dưới tác dụng của dòng
I x đặt theo phương X , nếu từ trường ngoài H hợp với dòng điện ĩ x một góc 0 thì véctơ
từ độ của mẫu M nằm trong mặt phang của cảm biến sẽ lệch một góc 0 so với
phương của dòng điện Ix, khi đó sẽ có thế ra Vy xuất hiện theo phương vuông góc với dòng điện I x [3]:
Với ÀR = (p// - Pi)/t, p// và Pi lần lượt là điện trở suất của mẫu đo theo
phương song song và vuông góc với phương từ hóa, t là chiều dày tổng cộng của
màng
Trang 14Hình 1.7:
Mô hình
cảm biến Hall
phắng trong cấu trúc Spin valve
Đe nghiên cứu về hiệu ứng Hall phang trong các cảm bien Hall, người
ta thường sử dụng mô hình Stonner Wohlfarth Theo đó, với cấu trúc spin - valve, kích thước mỗi lớp là kích thước đơn đômen của Stonner - Wohlfarth Dưới tác dụng
của từ trường ngoài H, năng lượng từ trên một đơn vị diện tích của lớp sắt từ tự do
được cho bởi công thức:
E- H ex Ằ/s tp cos(ß Op) + K up tp sin ỡp
0f) - Jcos(ỡf - 0p)
(1.4)
Trong đó: E là năng lượng từ trên một đơn vị diện tích của lớp sắt từ tự do; H
là cường độ từ trường ngoài tác dụng lên mẫu; tf và tp là độ dày lóp sắt từ tự do và lớp sắt từ bị ghim; ớf, Op là góc giữa từ độ của lớp sắt từ tự do và lớp sắt từ bị ghim
đối với phương trục dễ của lóp sắt từ tự do; MSf5 MSp lần lưọt là từ độ bão hòa của
lóp sắt từ tự do và lóp sắt từ bị ghim; Kuf và K up là hằng số dị hướng từ hiệu dụng của
lóp sắt từ tự do và lớp sắt từ bị ghim; H ex là từ trường ghim (trường trao đổi dịch
được sinh ra do tương tác giữa lóp phản sắt từ với lớp sắt từ bị ghim); J là hệ số liên kết bề mặt giữa lóp sắt từ bị ghim và lớp sắt từ tự do; a là góc giữa từ trường ngoài với trục từ hóa dễ của lóp bị ghim; ß là góc giữa từ trường trao đối dịch với trục dễ
của lóp bị ghim
cấu trúc spin van Sắt từ tự
do Ịy, Lớp phi
từ \ ,
^Săt từ bị ghim Lớp phản sắt từ
Trang 15Thế ra Hall phẳng được viết lại như sau:
trao đổi giữa lớp sắt từ bị ghim và lớp phản sắt từ đủ mạnh, góc giữa từ độ và trục từ
hóa dễ của lóp sắt từ bị ghim được cố định ở vùng từ trường thấp thì 0 P tiến tới 0
Khi góc 0 nhỏ, COS 0 - 1 , đáp ứng thế lối ra Hall phang gần như là một đường tuyến tính theo từ trường ngoài nên độ nhạy của sensor được tính theo công thức[3]:
là điện tích cơ bản
Ở vùng tần số thấp (f <300 Hz), nhiễu chủ yếu là nhiễu tần số l/f, ở tần số cao(trên 1kHz) nhiễu chủ yếu là nhiễu nhiệt
Trang 161 0
+ T là nhiệt độ tuyệt đối (K)
+ R DC là điện trở của sensor (trong dòng DC )
+ À/dải tần số của phép đo +
kB là hang so Boltzmann
Nhiễu nhiệt cótrong tất cả các loại cảm biến (còn gọi là nhiễuJohnson), phụ thuộcvào thành phần cấu tạo của điện trở.Trongmột vàitrường hợp, nó thể hiện dưới dạng nhiễu dòng nguồn phát của cường độ:
1.2.2 Dải tần nhiễu tương đương
Là dải thông voltage - gain - squared của hệ thống hay mạch Đối với bất kỳ hàm chuyển đổi mạng nào A(f), có 1 dải tần nhiễu tương đương với biên độ truyền không đổi Ao và dải tần:
Trong đó: q là điện tích, IDC là dòng DC trung bình và B là dải nhiễu
Trang 171.2.4 Nhiễu 1/f
Nhiễu l/f gây ra bởi sự dao động độ dẫn do sự tiếp xúc không hoàn hảo giữa 2lóp vật liệu Nó xảy ra ở bất kì chỗ nào khi 2 vật tiếp xúc với nhau Nhiễu l/f tỷ lệ thuận với giá trị dòng 1 chiều Mật độ năng lượng biến thiên tỷ lệ nghịch với tần số l/
f Dòng nhiễu If trên căn bậc 2 của dải thông có được thể hiện như sau:
Nhiễu Barkhausen bắt nguồn từ các hiệu ứng Barkhausen Nhiễu Barkhausen
là hiện tượng điện tích biến đối không liên tục trong mật độ từ thông ở các vật liệu sắt từ khi từ trường thay đổi liên tục Nguồn phát Barkhausen bị ảnh hưởng lớn bởi
sự thay đối cấu trúc vi mô của vật liệu từ và ứng suất Gần đây, nhiễu Barkhausen được biết đến như hiệu ứng phụ thuộc vào điện thế bên trong bởi các vách đômen từ khi chúng di chuyến qua vật liệu[10]
Từ công thức (1.8), ta thấy, nếu điện trở của sensor cực đại thì nhiễu đạt cực đại Ở tần số thấp, nguồn nhiễu chủ yếu là nhiễu l/f (do từ trường gây ra nhiễu từ) được biểu diễn bởi công thức:
v 2 |/f = (y/Nc) R 2 I 2 (1/ Í ) Af (1.13)Trong đó y là hằng số hiện tượng thuận từ (hằng số Hooge), Nc là số hạt tải gây nhiễu trong sensor, I là dòng điện qua sensor và f là tần số đo Đe đạt được tỷ số SNR lớn nhất có thể, sensor phải hoạt động phía trên l/f trong chế độ nhiễu nhiệt, thường xảy ra ở tần số vài trăm kHz đối với spin - valve, nhưng trên 100 MHz đối với tiếp xúc xuyên ngầm Các phép đo ở tần số cao về mặt cơ bản có thể được sử dụng để nhận biết hạt từ có kích thước nhỏ được gắn vào từng đơn phân tử sinh học,
Trang 181 2
1.3 Mạch cầu điện trở Wheatstone
Hình 1.8: (a) Mạch cầu Wheatstone (b) Mạch cẩu Wheatstone dưới tác dụng của hiệu ứng từ điện trở dị hướng Mạch cầu điện trở Wheatstone
được mô tả lần đầu vào năm 1833 bởi Samuel Hunter Christie (1784-1865) Tuy nhiên sau đó Sir Charles Wheatstone đã đưa mạch này vào ứng dụng trong thực tế nên mạch này có tên là mạch cầu Wheatstone Cho đến ngày nay, sử dụng mạch cầu Wheatstone vẫn là phương pháp hiệu nghiệm chính xác khi đo lường giá trị thay đối của trở kháng[14]
Cấu trúc một mạch cầu Wheatstone cơ bản gồm có bốn điện trở Rị, R2, R3, R4 được mắc song song với nhau Một điện kế G có độ nhạy cao được dùng để đo thế ra của mạch Giả sử ta cấp một điện thế Vin vào trong mạch, khi đó ta có:
( R l + R2){R A + R 3 ) in
( 1 14)
Từ biểu thức (1.14), khi cung cap một hiệu điện thế khác không vào mạch,
B
Trang 19nếu R1/R2 = R4/R3 (R1.R3 = R2.R4) thì số chỉ điện kế G bằng 0, mạch cầu cân bằng Neu một điện trở bất kì trong mạch cầu điện trở thay đổi thì
R1/R2 ^ R4/R3 (R1.R3 ^ R2.R4), do đó số chỉ điện kế G khác 0, mạch cầu không cân bằng
Một đặc điếm nối bật và quan trọng của mạch cầu Wheatstone đó là có thể đo được sự thay đối của trở kháng với sự thay đối điện trở không quá 10% và có thể tự
bù trừ được nhiệt độ[l 3]:
Vg = Vin/4 (ÀR]/ R] - AR2/R2 + AR3/R3 - AR4/ R4) (1.15)
Từ công thức ta thấy sự thay đổi điện trở của hai nhánh liền kề trong mạch cầu tự triệt tiêu nhau nên mạch cầu có thể dùng làm mạch ổn định nhiệt độ và chế tạo các thiết kế đặc biệt khác[l 3]
Mạch cầu Wheatstone được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực của đời sống đặc biệt là trong các mạch điện tử như: dùng để đo trở kháng, điện cảm, điện dung trong mạch AC Trong một số bộ điều khiến động cơ, mạch cầu Heaviside (một dạng khác của mạch cầu Wheatstone) được sử dụng để điều khiển hướng quay của động cơ[12].Một ứng dụng rất phổ biến trong ngành công nghiệp là để giám sát các thiết bị cảm biến, chẳng hạn như đồng hồ đo dòng Ngoài ra, mạch cầu còn được ứng dụng đế xác định chính xác vị trí phá vỡ một đường dây điện Phương pháp này nhanh và chính xác, không đòi hỏi công nghệ hỗ trợ cao [14]
Với ưu điểm nổi trội là khả năng tự bù trừ nhiệt, chúng tôi đã chọn mạch cầu Wheatstone làm cấu hình sensor đế giảm tối đa ảnh hưởng của môi trường, đặc biệt
là nhiễu nhiệt, do đó tỉ số tín hiệu/nhiễu (signal/noise) sẽ lớn Trong thiết kế sensor dạng cầu Wheatstone, chúng tôi chọn giá trị bốn điện trở bằng nhau Ri = R2 = R3 = R4 Chúng tôi chọn Ni8()Fe2o làm vật liệu chế tạo các điện trở vì Ni8()Fe2o là một vật liệu từ mềm (Hc < 10 Oe), rất thích hợp đế chế tạo các sensor có độ nhạy cao và
ổn định trong vùng từ trường nhỏ Sensor mạch cầu Wheatstone được tạo ra bằng
