Thermal description of GMR sensors using Monte-Carlo simulations based on the Stoner-Wohlfarth model

Abstract

Ziel der Arbeit ist es, mehr über das Rauschen, genau genommen Jitter, in GMR-Sensoren zu erfahren. Das ist unter anderem interessant, weil niedrigerer Jitter zu genaueren Messergebinssen der Drehzahl in ABS-Systemen führt. Um das Ziel zu erreichen, wurde ein Programm zur Simulation von GMRSensoren, insbesondere des Innenwiderstandes und der Magnetisierung, in einem externen Magnetfeld, erstellt. Dieses Programm verwendet einen Vektor Preisach Ansatz, das sogenannte Stoner-Wohlfarth Modell, zur Berechnung der Magnetisierung und das Monte-Carlo Modell, zur Simulation des thermischen Umklappens der Magnetisierung. Zusätzlich soll das Modell Mehrteilchenwechselwirkung berücksichtigen, um die Auswirkung verschiedener Anordnungen von Teilchen auf den Jitter des Gesamtwiderstandes zu untersuchen. Die wichtigsten Resultate der Diplomarbeit sind, dass Jitter ein grundlegender ferromagnetischer Effekt ist, der in vielen Anwendungsfällen ausreichend durch ein Einzeldomänenteilchen beschreibbar ist, und, dass die vertikale Anordnung von GMR-Sensoren einen positiven Effekt auf den Jitter hat.

Understanding and reducing jitter occurring in GMR devices, is important in many magnetic applications, for example in rotation sensors for the ABS. A program is developed, that simulates GMR sensors and their resistance as a response to an external eld. A Vector Preisach approach, namely the Stoner-Wohlfarth model, in combination with a Monte-Carlo method for thermally activated switching, has been chosen as a basis for our simulations. This model was then further extended to incorporate particle interactions, to test different geometries for their effect on jitter. The main results are, that jitter is a basic magnetic effect, occurring in single-domain particles, and that a vertical layout of GMR-sensors reduces jitter.