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MAROT

MAROT est l’acronyme de Magnétomètre HAute Résolution à JOnction Tunnel. C’est un magnétomètre, encore en développement, qui utilise les propriétés de l’électronique de spin pour mesurer le champ magnétique aux fréquences qui s’étendent du continu à quelques kHz. Son principal atout réside dans son encombrement et sa masse, considérablement réduits comparativement au fluxgate et au search-coil qu’il pourrait remplacer. Le prototype actuellement en cours d’évaluation est entièrement réalisé par les procédés de la microélectronique et mesure 10mm x 2mm x 0.5mm pour une masse (sans boîtier) largement inférieure à un gramme.

Le fonctionnement du capteur MAROT repose un circuit magnétique, des bobines de polarisation et deux jonctions tunnel magnétiques (TMR).

PRINCIPE

Le principe de fonctionnement du capteur MAROT repose sur trois éléments : un circuit magnétique disposant de deux entrefers qui joue le rôle de concentrateur de flux et de circuit de polarisation magnétique, d’un ensemble de bobines de contre réaction et de génération de la polarisation magnétique, et de deux jonctions tunnel magnétiques insérées dans les entrefers pour la détection du champ à mesurer.

Principe de la modulation : champ de polarisation seul (a) et présence d’un champ DC additionnel (b).

La réponse unipolaire des jonctions tunnel magnétique est exploitée pour créer une modulation du champ de polarisation par le champ à mesurer. En l’absence de ce dernier la réponse de la jonction est un signal de même nature (ici sinusoïdale) que le signal de polarisation, mais de fréquence double. La présence d’un champ DC à mesurer a pour effet d’amplifier une arche sur deux du signal, faisant apparaitre une raie spectrale à la fréquence de polarisation qui sera exploitée pour la mesure du champ DC additionnel. L’avantage réside dans le décalage du spectre du champ à mesurer au voisinage de la fréquence de polarisation (typiquement quelques centaines de kHz), région où le bruit en 1/f caractéristique des jonctions tunnel est fortement atténué.

Le capteur MAROT est réalisé dans la salle blanche de la Plateforme

Schéma d’implantation des composantes du capteur Marot et photo après mise en boîtier.

Technologique Amont (PTA) de Grenoble sous la responsabilité du laboratoire Spintec (CNRS/CEA/UJF), partenaire du LPC2E sur ce projet. La fabrication des bobines et du concentrateur de flux utilise les procédés de nanostructuration de la microélectronique (gravure et sérigrahie) et les dépôts sont réalisés de manière classique par électrodéposition et PVD (Physical Vapor Deposition). Les jonctions sont basées sur une barrière de MgO, et plusieurs configurations ont été testées pour la couche piégée (CoFe, PtMn et IrMn) ainsi que plusieurs épaisseurs pour la couche sensible de NiFe.

PERFORMANCES

Les performances visées sont une sensibilité de 0.1pT/Hz1/2 sur une bande de fréquences s’étalant du continu à 10 kHz, pour une consommation électrique de l’ordre de 100 mW. Dans l’état actuel des travaux, les résultats déjà obtenus permettent une estimation de la sensibilité aux alentours de quelques pT par racine de Hertz, et le design de l’électronique n’est pas encore suffisamment avancé pour en estimer la consommation électrique.

REFERENCES

C. Cavoit, brevet WO2010/109138 A1.
A. Bocheux et al, “High sensitivity magnetic field sensor for spatial applications”, à paraître IEEE SAS 2016.

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