Neue Magnetfeldsensoren, basieren auf dem Procopiu-Effekt, hergestellt unter Verwendung des Inrotating-liquid-spinning Verfahrens

• Antragsteller: Professor Dr. Erhard Kisker
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2004 bis 2007
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5447003

Weichmagnetische amorphe bzw. nanokristalline Mikrodrähte auf der Basis von CoFeSiB und FeSiB Legierungen bilden die Grundlage der Realisierung sehr empfindlicher und höchst einfacher neuartiger Magnetfeld-Sensoren. In einer zum Mikrodraht (Sensorkern) koaxial angebrachten Pickupspule entsteht bei HF-Stromeinfluss durch den Draht eine von einem angelegten Magnetfeld quasilinear abhängende Induktionsspannung (Procopiu-Effekt). Für einfache Anwendungen (Kompass, Fahrzeugtechnik) soll U möglichst hoch sein, für höchst empfindliche Messungen (Biomedizin, archäologische Exploration, Raumfahrt) soll das Signal/Rauschverhältnis möglichst groß sein. Die Sensoreigenschaften hängen von vielen Parametern ab, zu denen die Eigenschaften des Kerns, der Pickupspule, der Beschaltung sowie die Betriebsbedingungen des Sensors zählen. Die Sensorkerne sollen am MPI für Eisenforschung hergestellt werden, die Pickupspulen und die Beschaltung am Institut für Angewandte Physik. Dort sollen die Sensoren auch elektronisch charakterisiert werden. Ziel des Projektes ist die Herstellung optimaler Sensoren hinsichtlich des Signal-/Rauschverhältnisses bei möglichst großer Bandbreite der Frequenz des äußeren Magnetfeldes, der Magnetempfindlichkeit, des Temperaturverhaltens sowie der Sensorabmessungen. Die Sensoreigenschaften hängen wesentlich vom Herstellungsprozess, der Legierungszusammensetzung, dem Drahtdurchmesser, seiner Mikrostruktur, der Durchmesserkonstanz, den Temperungsparametern, der HF-Sensorstromstärke, der Anregungsfrequenz, der Ausführung der Pickupspule sowie deren Beschaltung ab. Als Fertigungstechnik kommt nur das endabmessungsnahe Gießen mit dem INROLISP-Verfahren zur Anwendung, das eine rasche Erstarrung ermöglicht die zur Erzielung der nanokristallinen bzw. amorphen Struktur notwendig ist. Konventionelle Drahtherstellungsverfahren sind hier nicht geeignet, da sich neben der fehlenden Möglichkeit zur ultraraschen Erstarrung durch den hohen Si-Anteil in den Legierungen auch eine starke Versprödung einstellt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen