Magnetic Sensor Technology

The detail of magnetic sensor technology

This page explains magnetic sensor technology used in S-cube products.

Advantage

Hall 소자

AK0991x 시리즈 / AK0997x 시리즈 제품에 사용

홀 소자는 홀 효과를 이용한 소자로 영어로는 Hall이라고 씁니다. Hall은 홀 효과를 발견한 Hall 박사의 이름에서 유래되었습니다. 전류가 흐르는 물체에 대해 전류에 수직으로 자장을 걸게되면 전류와 자장의 양쪽에 직교하는 방향으로 기전력이 나타나는 현상을 근거로 합니다.

반도체 박막 등에 전류를 흘려 보내면 홀 효과에 의해 자속 밀도와 방향에 해당하는 전압이 출력됩니다. 이러한 홀 효과를 이용하여 자기장을 검출하는 소자를 홀 소자라고 합니다. (그림1)

홀 소자는 자속 밀도의 변화가 없는 정적 자장인 경우에도 자장의 유무를 검출할 수 있기 때문에, 자석과의 조합으로 사용하는 비접촉 스위치, 각도 센서, 전류 센서까지 다양한 용도로 사용되고 있습니다. 또한 홀 소자를 이용한 지자기 센서는 스마트폰 등에서 널리 사용되고 있습니다.  

 

그림 1. 홀 소자 (N형 반도체) 원리도

자기 저항 소자

자기가 인가되면 저항값이 변화하는 재료를 사용하여 자장을 검출하는 소자를 자기 저항 소자 (MR: Magneto Resistive) 라고 합니다.

자기저항소자에는 반도체 자기 저항 소자 (SMR) 외에 강자성체 박막 소재를 이용한 이방성 자기 저항 소자 (AMR: Anisotropic Magneto Resistive), 거대 자기 저항 소자 (GMR: Giant Magneto Resistive), 터널 자기 저항 소자 (TMR: Tunnel Magneto Resistive) 라고하는 4가지가 있습니다.

AK0994x 시리즈에서는 TMR 소자를 이용해 3D 자기 센싱을 실시하고 있습니다.

터널 자기 저항 소자 (TMR)

AK0994x 시리즈 제품에 사용

강자성체 (핀층) - 절연체 - 강자성체 (Free Layer) 의 적층막으로 핀층과 Free Layer의 자화가 반평행인 경우 (a) 핀층과 Free Layer의 자화 방향을 갖춘 경우 (b) 로 터널효과에 의해 절연체를 통과하는 전자의 비율이 변화하여 저항값이 변화합니다. 저소비 전력으로 매우 미세한 자장을 취득하는 것이 가능합니다.

그림 2. 터널 자기 저항 소자의 원리도

3D 자기 Sensor

세상에는 다양한 크기를 가진 자장이 존재하지만, 하나의 Sensor로 모든크기의 자장을 포괄적으로 측정할 수 있는 제품은 없습니다. 측정하고자 하는 자장의 크기뿐만 아니라 용도에 따라서도 사용하는 센서의 종류가 달라집니다. AKM은 측정 대상 자기장의 크기에 맞추어, 3종류의 S-cube 제품을 라인업 제공하고 있습니다.

그림 3. AK0997x 시리즈

AK0997x 시리즈는 자석에서 나오는 Milli Tesla Range의 큰 자장을 측정하는데 가장 적합한 센서입니다.

넓은 측정 범위를 가지고 있어, 자석을 센서 가까이에 설치해도 Overflow 하기 어려운 사양으로 되어 있기 때문에 자석과 함께 사용하는 용도 (Ex.개폐 감지) 에 적합합니다.

그림 4. AK0991x 시리즈

AK0991x 시리즈는 지자기와 같은 Micro Tesla Range의 작은 자장을 측정하는데 가장 적합한 센서입니다.

전자Comapss 스마트폰 등의 지도 Application의 Heading Up 용도로 많이 사용되고 있습니다.

그림 5. AK0994x 시리즈

AK0994x 시리즈는 Nano Tesla Range 극소 자장을 측정하는데 가장 적합한 센서입니다.

약자성체 및 빌러리 (Villari) 현상 (역자왜 효과) 으로 발생하는 것과 같은 매우 작은 자장도 검지할 수 있기 때문에, Torque Sensor나 마이크로 금속 검지 등의 용도로 활용할 수 있습니다고 생각합니다.