Magneetsensoren zijn overal te vinden waar andere meetprocedures falen. Ze zijn bestand tegen zware omgevingsomstandigheden en functioneren ook in vloeistoffen. Een nieuw proces zorgt voor een ommekeer in de productie van tweedimensionale magneetsensoren: ze kosten straks nog maar de helft en de productietijd daalt met 50%.
Dankzij een magneetsensor geeft navigatieapparatuur al de juiste richting aan voordat de auto in beweging is gekomen. Op smartphones wijzen apps met kaarten dankzij een magneetsensor vaak aan waar het noorden zich bevindt. De sensor neemt waar hoe het apparaat wordt vastgehouden ten opzichte van het magneetveld van de aarde.
In deze uiterste concurrerende markten telt bij de prijs van sensoren elke eurocent. Fabrikanten gaan tot nu toe vaak uit van meerdere goedkope eendimensionale sensoren. Nadeel is, dat deze minder gevoelig zijn en niet zo nauwkeurig werken als tweedimensionale typen.
Geoptimaliseerde productie
In de toekomst zullen ook de compacte tweedimensionale sensoren de weg vinden in smartphone en navigatieapparaat. Onderzoekers van het Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme (ENAS) in Chemnitz hebben het hiervoor benodigde productieproces geoptimaliseerd. De kosten en de productietijd van tweedimensionale magneetsensoren dalen hierdoor met de helft.
De reden voor deze daling ligt in de productiewijze. De wetenschappers maken de sensoren uit één blokje materiaal, en dat is volledig anders dan tot nu toe. Voor een eendimensionale sensor zijn twee micro-elektronische halve bruggen nodig, waarvan de ingebouwde magneetvelden tegengesteld gericht zijn.
Omdat het uitgangsmateriaal al een magnetiseringsrichting heeft (waarbij het interne magnetisch veld al een bepaalde richting heeft) is de fabrikant genoodzaakt om hiervoor twee materiaaldelen samen te stellen. Onnodig te stellen dat dit een tijdrovende en daarmee dure aangelegenheid is. Voor tweedimensionale sensoren zou men dus vier halve bruggen oftewel vier materiaaldelen nodig hebben.
De onderzoekers konden zowel de volledige bruggen als de tweedimensionale sensoren eerst monolithisch (uit één stuk) produceren. Hiervoor halen de onderzoekers een laag materiaal weg op een wafer en etsen dan de gewenste structuur. De clou ligt bij de daaropvolgende laserbewerking: hiermee kunnen de wetenschappers de magnetische voorkeurrichting naar believen instellen.
Nog geen mm2
Nog een voordeel van de nieuwe sensor is, dat deze nog geen mm2 groot is en daarmee ongeveer de helft kleiner dan de modellen tot nu toe. Hoe kleiner ze zijn, des te meer toepassingen er geschikt zijn voor deze minichips. Te denken valt aan magneetveld camera’s waarin zich talrijke sensoren bevinden en die in meerdere lijnen magnetische data opnemen. Als men een hogere resolutie wil bereiken, moeten de sensoren zo klein mogelijk zijn. Alleen op die manier passen ze dicht naast elkaar zonder elkaar te storen.
De magneetsensoren zijn dus niet beperkt tot navigatiesystemen en smartphones. Ze worden overal toegepast waar onhebbelijke omgevingsomstandigheden heersen en andere meetprocessen zouden falen, zoals in vloeistoffen of hete olie. Ze zijn ook te vinden in de auto, zoals bij volledig elektronisch gestuurde schakelfuncties zoals die bij nieuwe voertuigen in de middenconsole of bij het stuurwiel zijn aangebracht. In de medische diagnostiek sporen ze tropische ziektes en andere virussen en bacteriën op.
Er zijn nu prototypen van de tweedimensionale sensoren. Het zal echter nog een paar jaar duren voordat de sensoren daadwerkelijk in eindproducten kunnen worden gezet.
