Гиганский магниторезестивный эффект

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

  Гальваномагнитные явления  – совокупность явлений, связанных  с действием магнитного поля (МП) H на электрические свойства проводников (металлов, полупроводников), по которым протекает электрический ток (плотностью j). Различают нечетные гальваномагнитные явления, характеристики которых меняют знак при изменение направления H на обратное, и четные (не меняют знак), а также продольные(jççH)  и поперечные (j^H). Наиболее важные гальваномагнитные явления из нечетных – эффект Холла- возникновение разности потенциалов в направлении, перпендикулярном H и j; из четных - изменение удельного сопротивления r при j^H (поперечное магнето сопротивление).

    Зависимость r(H) обусловлена влиянием МП на траектории носителей заряда (для определенности электронов). При H=0 электрон между столкновениями с фононами или дефектами кристаллической решетки движется прямолинейно, при H¹0 его путь искривляется. Грубой оценкой кривизны траектории может служить Ларморовский радиус r=pc/eH где p- импульс,e-заряд электрона.

     Если в плоскости,  перпендикулярной H, электрон совершает периодическое (финитное) движение, то его энергия квантуется. Квантование движения электронов проявляется только в том случае, если ω≥kT. В полупроводниках и полуметаллах концентрация носителей мало, и при низких температурах удается реализовать случай, когда заполнен лишь один магнитный уровень (так называемый квантовый предел больший энергии Ферми вырожденного проводника при H=0.

    Исследования  при низких температурах монокристаллических  образцов металлов обнаружили  разнообразные зависимости ∆ρ/ρ  от величины и направления  H у различных металлов.      

Приведем классификацию  физических эффектов гальваномагнитных  явлений:

    - эффект Холла,  заключающийся в появлении ЭДС  между точками проводящего тела, эквипотенциальными при отсутствии  поля;

    -эффект Гаусса, заключающийся в изменении электрического  сопротивления монолитного проводника;

   -анизотропный магниторезистивный  эффект, заключающийся в изменении  электрического сопротивлении тонкопленочного  проводника, выполненного из ферромагнитного  сплава;

     -гигантский  магниторезистивных эффект, заключающийся  в значительном изменении электрического  сопротивления сверх тонкого  многослойного проводника, выполненного  из чередующихся слоев ферромагнитного  и немагнитного металлов;

      -эффекты  возникновения электрических полей  (разности потенциалов) при воздействии  магнитного поля на проводник  или полупроводник, в котором  имеется направленный тепловой  поток, созданный градиентом температур, и эффекты возникновения поперечного  температурного градиента в проводниках  и полупроводниках под действием  магнитного поля и протекающего  электрического тока (термогальваномагнитные  явления);

     -магнитодиодный  эффект, заключающийся в изменении  электрического сопротивлении полупроводника  с током, с несимметричным р-n переходом, в следствии изменения концентрации носителей заряда;

     -гальваномагниторекомбинационный  эффект (ГМРЭ), заключающийся в изменении  электрического сопротивления полупроводника  с током, помещенного в магнитное  поле, в результате изменения  средней по сечению полупроводника  концентрации носителей заряда. ГМРЭ – универсальный инструмент исследования фундаментальных свойств материалов. Используется как для исследования свойств электронного переноса, так и для стандартного контроля параметров при производстве полупроводниковых приборов.

Рассматриваемые ниже GMR магниторезисторы являются новыми устройствами с характеристиками, значительно превосходящими традиционные гальваномагнитные преобразователи.[1]

1 GMR-эффект и история его открытия

Французский и немецкий физики Альберт Ферт (Albert Fert) и Питер Грюнберг (Peter Grunber) удостоились высочайшей научной  награды - Нобелевской премии за 2007 год. Столь почетного звания Нобелевского лауреата они заслужили за открытие гигантского магниторезистивного  эффекта - феномена, который привел к значительному прогрессу в  области создания устройств хранения данных, в том числе, накопителей  на жестких магнитных дисках. Стоит  отметить, что об открытии указанного эффекта исследователи сообщили в 1988 году, и почти сразу их открытие нашло свое применение в электронной  промышленности, увеличив плотность  размещения информации на магнитных  дисках в тысячи раз. Магниторезистивный эффект - изменение сопротивление проводника при помещении его во внешнее магнитное поле, открытие которого принадлежит Томсону (лорд Кельвин), и сделано еще 150 лет назад. Именно он первым обнаружил, что помещение железа и никеля в магнитное поле приводит к росту сопротивления этих материалов, но в данном случае, в случае ферромагнетиков, направление магнитного поля значительно влияет на сопротивление проводника - так называемый анизотропный магниторезистивный эффект. Именно этот эффект был положен в основу принципа записи информации на первые жесткие магнитные диски, в которых использовали такой сплав, как железо-никель (Fe20Ni80), и до 80-х годов прошлого века никаких серьезных подвижек в этой области, с открытия лорда Кельвина, не наблюдалось.

Поэтому огромным и приятным сюрпризом стало обнаружение  в 1988 году двумя учеными в ходе независимых друг от друга экспериментов  гигантского магниторезистивного  эффекта, наблюдавшегося в многослойных магнитных материалах, где под  слоем ферромагнетика находился  слой немагнитного металла. Причем глубина  каждого слоя чрезвычайно мала - всего лишь в несколько атомов, то есть около одного нанометра. Так, Питер Грюнберг открыл наличие указанного феномена у материала Fe/Cr/Fe (железо-хром-железо), а Альберт Ферт наблюдал идентичное поведение многослойного материала (Fe/Cr)n, где параметр n превышает 60. В  ходе экспериментов Ферта наблюдаемое  снижение сопротивления составило 50%, тогда как Питер Грюнберг получил  скромные 10%. Однако два подхода отличал  немаловажный факт - Ферт проводил исследования при температуре около 4,2 по шкале  Кельвина, а Грюнберг - при комнатной  температуре.

Обнаруженный феномен  был сразу же замечен научным  сообществом, открыв новые пути для  развития целого спектра устройств, среди которых особо выделяются устройства хранения информации на основе жестких магнитных дисков. Так, в 1988 году лучшие образцы жестких дисков могли хранить на одном квадратном сантиметре до 0,01 гигабит информации,  а сегодня этот параметр приближается к отметке 100 гигабит - менее чем за два десятилетия возможности винчестеров увеличились в десять тысяч раз. Но что еще более важно, открытие гигантского магниторезистивного эффекта по сути положило началу развития целой новой науке - спинтронике, которая оперирует электроном не просто как заряженной частицей, а еще имеющим конкретное направление вращения, влиянием которого нельзя пренебрегать при работе с магнитными материалами на атомарном уровне.

1.1 Суть GMR

GMR-эффект заключается в значительном  уменьшении сопротивления многослойной  структуры, состоящей из чередующихся  слоев ферромагнетиков толщиной  в несколько нанометров и немагнитных  металлов такой же толщины,  при воздействии на нее сильного  магнитного поля. Гигантский магниторезистивный  эффект обусловлен волновыми  свойствами электрона, в том  числе и собственным моментом  количества движения (спином), не  связанным с реальным вращением  электрона. Спин порождает определенный  магнитный момент электрона, а  значит, обусловливает его взаимодействие  с внешним магнитным полем.  Электрон может находиться в  двух спиновых состояниях, которым  соответствуют собственное "вращение" электронов по часовой стрелке  или против нее. Таким образом,  спин электронов проводимости  в GMR-структуре может иметь  только два направления: по  направлению внешнего магнитного  поля (условно спин направлен  вверх) и против его направления  (спин направлен вниз).

Как известно, электрическое сопротивление  проводников возникает в основном из-за рассеяния свободных электронов проводимости на атомах, отклонившихся  со своего положения вследствие тепловых колебаний. Рассеяние электронов проводимости в GMR-структуре определяется их спиновой поляризацией в ферромагнитных металлах. Электроны проводимости, направление  спина которых совпадает с  направлением внутреннего магнитного поля ферромагнетика, испытывают меньшее  сопротивление при движении, чем  электроны, спин которых ориентирован навстречу внутреннему магнитному полю. Последние чаще сталкиваются с атомами среды и испытывают при движении большее сопротивление. В первом случае электрическое сопротивление среды меньше, чем во втором. В результате электрический ток в ферромагнитном металле формируют электроны со спином по направлению намагниченности материала и против него.

Рисунок 1-Простейшая  GMR-«сэндвич» структура: а) - в отсутствие внешнего магнитного поля с противоположной ориентацией магнитных полей ферромагнетиков вследствие антиферромагнитной связи (высокое сопротивление) и б) -в присутствие магнитного поля с однонаправленной ориентацией магнитных полей ферромагнетиков(низкое сопротивление)

         Таким образом,  в основе GMR-эффекта лежит поляризация  спина электронов проводимости  в ферромагнетиках и "спиновая  зависимость" рассеяния электронов.

1.2 Структура GMR и его достоинства

Но как воспользоваться "внутренним миром" ферромагнетика для манипуляции  сопротивлением?

Тут на помощь и пришли структуры, состоящие из чередующихся слоев  ферромагнетиков и немагнитных  металлов. Простейшая GMR сэндвич-структура  с нефиксированной ориентацией  собственного магнитного поля содержит два слоя мягкого магнитного материала (сплавы железа, никеля, кобальта) толщиной от 4 до 6 нм, разделенных слоем немагнитного проводящего материала (например, меди) обычно толщиной 3–5 нм. При тщательном подборе материала и толщины немагнитного слоя ориентации магнитных полей слоев ферромагнетиков вследствие возникновения антиферромагнитной связи противоположны. Как правило, слои такой структуры формируются в виде узких полосок шириной несколько микрометров. При прохождении тока в такой структуре спин электронов в одном из слоев ферромагнетика совпадает с ориентацией его собственного магнитного поля. Во втором ферромагнитном слое, ориентация магнитного поля которого противоположна спину, электроны активно рассеиваются, и полное электрическое сопротивление структуры будет большим, поскольку электроны с "правильным" для этого слоя спином уже почти все рассеяны в первом слое (рис.1а). Если же такую сэндвич-структуру поместить в достаточно сильное внешнее магнитное поле (35–50 Э), преодолевающее антиферромагнитную связь, магнитные поля обоих ферромагнитных слоев окажутся однонаправленными, и вклад электронов, спин которых ориентирован по полю, в общий ток существенно увеличится (рис.1б). Для них структура практически окажется коротко замкнутой. Во сколько раз увеличится ток, обусловленный электронами со спином, ориентированным по магнитному полю, и уменьшится ток электронов с противоположно ориентированным спином, зависит от свойств материалов структуры. Но в любом случае увеличение тока превысит его уменьшение, и в результате суммарное сопротивление уменьшится. Если же поле убрать, чередование магнитной ориентации слоев восстановится. Подача внешнего магнитного поля перпендикулярно длине полосок не вызовет ощутимого GMR-эффекта вследствие наличия размагничивающих полей, обусловленных чрезвычайно малой шириной полосок, формирующих структуру. Важный параметр GMR-датчика – коэффициент гигантского магниторезистивного эффекта, или выраженное в процентах отношение относительного изменения сопротивления к минимальному сопротивлению (или сопротивлению насыщения) ∆R/R. Для сэндвич-структур это отношение составляет 4–9%, а магнитное поле насыщения – 30–50 Э.

Помимо простейшей сэндвич-структуры  существуют многослойные структуры  с многочисленными чередующимися  слоями проводящих магнитных и немагнитных  материалов. В таких структурах GMR-эффект выражен сильнее (обычно ∆R/R = 12–16%), чем в сэндвич-конструкции. Правда, при этом для насыщения (уменьшения сопротивления) требуется большее  внешнее магнитное поле – 250 Э. Толщина  слоев меньше, чем в трехслойной  структуре (обычно 1,5–2 нм), и она  имеет критическое значение. Лишь при определенной толщине разделительного  немагнитного слоя электроны проводимости вызовут атниферромагнитную связь  магнитных слоев. В противном  случае связь магнитных полей  слоев структуры — ферромагнитная, и GMR-эффект не возникает.

Для создания головок, способных работать при слабых магнитных полях, было предложено "фиксировать" (to pin) направление  магнитного поля одного слоя сэндвич-структуры, с тем чтобы при наложении  внешнего магнитного поля изменение  ориентации в слое с нефиксированным  магнитным полем относительно ориентации в слое с фиксированным полем  приводило к ощутимому изменению  сопротивления структуры. Для получения  фиксированной ориентации в структуру  добавляется четвертый так называемый обменный слой сильного антиферромагнетика (как правило, FeMn или NiO). Такая структура  получила название спинового затвора (Spin Valve — SV) (рис.2). Направление фиксированного магнитного поля задается путем нагрева GMR-структуры до температуры, превышающей  температуру блокирования магнитного материала. При такой температуре  уже не существует антиферромагнитной связи между слоями ферромагнетиков. Структура охлаждается в сильном  магнитном поле, фиксирующем поле слоя. Рабочая температура спинового  затвора не может превышать блокирующую  температуру, поскольку в противном  случае магнитное поле слоя перестает  быть фиксированным. Если внешнее магнитное  поле параллельно плоскости фиксированного слоя, при изменении его ориентации сопротивление структуры изменяется с высокого на низкое (рис.3). При подаче внешнего поля перпендикулярно фиксированному полю сопротивление минимально при нулевом поле и велико как при положительном, так и отрицательном значении магнитного поля (рис.4). Для таких структур

∆R/R = 4–20%,

магнитное поле насыщения – 10–80 Э.

Рисунок 2-Структура спинового вентиля

Рисунок 3-Зависимость сопротивления спинового вентиля от напряженности внешнего магнитного поля, направленного параллельно плоскости фиксированного слоя. Коэффициент гигантского магниторезистивного эффекта-6%

Рисунок 4-Зависимость сопротивления спинового вентиля от напряженности внешнего магнитного поля, направленного перпендикулярно плоскости фиксированного слоя. Коэффициент гигантского магниторезистивного эффекта-2,4%

Большая чувствительность к внешним  магнитным полям получена в спин-зависимых  туннельных (Spin Dependent Tunneling – STD) структурах (рис.5). В таких структурах слои ферромагнетиков разделены тонким слоем диэлектрика, и их сопротивление определяется значением тока, туннелирующего через барьер. Значение туннельного тока, направленного перпендикулярно слоям структуры, определяется направлениями векторов магнитных полей слоев ферромагнетиков. Согласно последним данным специалистов компании Nonvolatile Electronics (NVE), США, отношение магнитосопротивления этих элементов с пленкой окиси алюминия в качестве туннельного барьера составляет 70%, а исследователи Университета Тохоку (Япония) использовали в качестве барьера пленку оксида магния и получили отношение 355%!

Напряженность магнитного поля насыщения, зависящее от материала магнитных  слоев и метода обеспечения параллельной и антипараллельной ориентации, колеблется в пределах от 1,25 до 125 Э, что и  обеспечивает создание чрезвычайно  чувствительных магнитных датчиков. Благодаря наличию изолирующего туннелируемого слоя сопротивление  этих элементов велико, и они пригодны для работы с батарейным питанием.

Главные достоинства GMR-датчиков –  высокая чувствительность даже к  незначительному изменению магнитного поля, малые габариты, малая потребляемая мощность, простота объединения с  электронными устройствами. К тому же, благодаря интенсивному электрическому сигналу, формируемому GMR-структурой, снижается  и чувствительность к помехам. Эти  свойства и привели к тому, что  элементы на основе гигантского магниторезистивного  эффекта в первую очередь нашли  применение в считывающих головках жестких дисков. Это позволило  примерно за десятилетие увеличить  плотность записи жестких дисков с 4,1 до 100 Гбайт/кв. дюйм. (Hitachi обещает 4-терабайтные  жесткие диски.)    

Магниторезистивный эффект в тонкопленочных структурах заключается в том, что  сопротивление магнитных пленок в магнитном поле зависит от относительной  ориентации магнитных моментов в  соседних ферромагнитных пленках, разделенных  немагнитной прослойкой. Недавно  открытый гигантский магниторезистивный (ГМР) эффект, определяемый отношением R_max-R_min/R_min (где R_min и R_max - сопротивления магнитных пленок при параллельной и антипараллельной ориентациях магнитных моментов в слоях) достигает десятки процентов при комнатной температуре. ГМР эффект наблюдается в:

многослойных  структурах, содержащих нанослои из ферромагнитных материалов и их сплавов Fe, Ni, Co, чередующихся с нанослоями из благородных металлов Cu, Ar, Au;

гранулированных пленках, изготовленных из несмешивающихся  магнитных и немагнитных полупроводников;

многослойных  спин-вентильных (два тонких магнитных  слоя, разделенных тонким (25A-30Е) слоем Cu) и спин-туннельных структурах (два  тонких ферромагнитных металлических  слоя, разделенных тонким диэлектрическим  слоем);

магнитных сэндвичах - спин-вентильные структуры без  пиннингового слоя. [2]

2 Применение GMR-эффекта.

2.1 GMR-головки

С начала 50-х годов прошлого столетия фирма IBM была первой в изобретениях, касающихся жестких дисков. И около 50 лет спустя именно она была той  компанией, которая представила  на суд общественности GMR-головки  – головки с гигантским магниторезистивным эффектом. Они используют те же принципы, что и обычные MR-головки, но обладают несколько другой конструкцией, что  делает их более чуствительными, чем  предшественники. GMR-головки имеют  в своем названии слово «гигантский» не потому, что у них большой  размер – их размер меньше, чем у  средней MR-головки. Они называются так  в честь названия “гигантский  магниторезистивный эффект. Используя  накопленный опыт Питера Грюнберга  и Альберта Ферта, инженеры и ученые фирмы IBM, экспериментируя с тысячами различных материалов и дизайнов, разработали GMR-головки. В декабре  1997 года фирма IBM представила первый накопитель на жестких магнитных дисках, использующий GMR-головки. GMR-головки состоят из четырех слоев различных материалов, собранных воедино наподобие сэндвича: 1) Free layer – свободный слой, как видно из названия. В нем электроны могут свободно менять свою ориентацию, сделан из сплава никель-железо. 2) Spacer – разносчик – этот слой сделан из ненамагничеваемого материала, а именно – меди, для разноса взаимного магнитного влияния свободного слоя и пин-слоя. 3) Pinned-layer — пин-слой – состоит из кобальта, находится в фиксированной магнитной ориентации. 4) Exchange layer — обменный слой – название говорит само за себя ;-) Если не вдаваться в глубокую физику процесса, то GMR-головка работает примерно следующим образом. Когда она пролетает над магнитным полем одной поляризации (скажем, пусть это будет “0”, записанный на пластине), электроны на свободном уровне приходят в соответствие с электронами на пин-уровне, это создает достаточно малое сопротивление головки. Когда магнитная головка пролетает над магнитным полем другой поляризации (скажем, пусть это будет “1”, записанная на пластине), электроны на свободном уровне приходят в обратное соответствие с электронами на пин-уровне, это создает увеличение сопротивления головки. Таким образом, изменение сопротивления головки вызывается изменением спина электронов, находящимся в свободном уровне. GMR-головки превосходят по своим параметрам MR-головки: самые современные MR-головки изменяли свое сопротивление при переходе от одной поляризации к другой на 2%, в то время как GMR-головки изменяют свое сопротивление на величину порядка 5-8%. Это означает, что GMR-головки могут улавливать более слабые сигналы, что ведет к поднятию поверхностной плотности записи накопителя. Также они меньше шумят и меньше подвергаются эффектам интерференции. И наконец, обычная GMR-головка меньше размером, чем обычная MR-головка. GMR-головки используются посей день в современных накопителях с поверхностными плотностями записи порядка 10-35 гигабит на квадратный дюйм, и объемами до 200 гигабайт и даже несколько больше. Также, в современном мире, некоторые производителя заявляют, что они разработали и выпускают накопители на магнитных дисках с головками, созданными по технологии CMR – colossal MR, или колоссальная магниторезестивность, но, это не более, чем маркетинговый ход. Единственное, что делает их колоссальными, это несколько другой набор исходных материалов, но структура головки остается такой же, как и в декабре 1997 года. [3]

2.2 Технология GMR возвращается в новом качестве

В скором времени пользователям  компьютеров, цифровых камер и mp3-плееров  не придется, скрепя сердце, удалять  нужные мультимедийные файлы, дабы освободить место в памяти устройств для  записи новых данных.

Японская корпорация Hitachi обещает  к 2011 году создать жесткий диск неслыханного объема. Ее специалистам удалось уменьшить  главный компонент жестких дисков - считывающую головку - до нано-масштабов. В результате максимальный объем  информации, хранимой на жестких дисках настольных и портативных компьютеров, увеличится в четыре раза, до четырех  одного терабайта соответственно. На диск объемом всего один терабайт помещается миллион книг, 250 часов  видеозаписи высокого разрешения или  четверть миллиона музыкальных композиций.

В основе открытия специалистов Hitachi лежит эффект «гигантской магниторезистенции», или GMR.

Типичный накопитель представляет собой блок из жестких дисков, над  поверхностью которых расположены  электромагнитные головки. Они считывают  данные путем регистрации магнитного поля частиц покрытия дисков. На протяжении последних лет наблюдается постоянный прирост емкости благодаря уплотнению расположения байтов, а также установке  более чувствительных считывающих  головок.

Как только специалисты сталкиваются с физической невозможностью дальнейшего  увеличения объема жестких дисков, они приступают к поиску новых  решений. Открытие GMR, которая использует тончайшие слои металлов для фиксирования мельчайших изменений в магнитном поле, стало настоящим прорывом в науке. Благодаря использованию этой технологии с начала 2000-х годов емкость физических носителей начала быстро расти - каждый год она увеличивалась в два раза, сообщает Associated Press.

Впрочем, головки GMR, довольно быстро исчерпали себя, и в производстве стал применяться совсем другой тип  головок. На фоне заявлений экспертов  о том, что существующее в настоящий  момент решение в скором времени  достигнет своего потолка, GMR возвращается как технология нового поколения.

«Мы изменили направление записи и  считывания и усовершенствовали  материалы для достижения лучшей чувствительности», - говорит Джон Бест, главный технолог подразделения Hitachi, занимающегося разработками в области  хранения информации. Как заявляют представители корпорации, тем самым  им удалось создать самый маленький  в мире жесткий диск с головками  размером от 30 до 50 нанометров. Это почти  в две тысячи раз меньше, чем  толщина обычного человеческого  волоса.

«Индустрия переживает настоящий  прогресс, благодаря которому не только увеличивается емкость жестких  дисков, но и уменьшается их размер», - заявляет аналитик и эксперт по рынку компании IDC Джон Райднинг. По его словам, другие компании, занимающиеся производством накопителей, в настоящее  время также исследуют возможности GMR, и уже к 2010 году все диски будут создаваться на основе этой технологии.

 При этом до сих пор  изготовители считывающих головок  жестких дисков отдают предпочтение  структуре спинового затвора.

Но считывающие головки не единственное применение гигантского магниторезстивного эффекта. GMR-датчики находят применение для считывания тока, детектирования линейного, вращательного перемещения  или смещения объектов, регулировки  момента впрыскивания топлива, определения  положения рычага управления двигателем и др.[4]

2.3 Тонкопленочные структуры с гигантским магнитосопротивлением

Рисунок 5-Структура STD-элемента. Направление магнитного поля слоя CoFe фиксировано слоем антиферромагнетика IrMn . Ориентация магнитного поля слоя NiFeCo устанавливается в соответствии с ориентацией внешнего магнитного поля

На базе тонкопленочных структур с  гигантским магнитосопротивлением, осажденных на кремниевые подложки, выполняются  различные элементы датчиков – резисторы, резисторные пары, или полумосты, мосты Уитстона. Для увеличения удельного  сопротивления и минимизации  потребляемой мощности GMR-резисторы, как  правило, выполняются в виде серпантина. В типичном датчике четыре GMR-резистора  формируют мост Уитстона, выходное напряжение которого пропорционально  внешнему магнитному полю. Температурный  коэффициент всех резисторов, изготовленных  из одного и того же материала, одинаков. Два резистора моста представляют собой активные элементы датчика, один из двух оставшихся резисторов присоединяется к источнику питания, а другой – к общему потенциалу. Поверх этих "пассивных" резисторов, выполняющих  функции опорных элементов, наносятся  небольшие экраны из пермаллоя толщиной ~100 нм, защищающие их от воздействия  прилагаемого магнитного поля. Поверхностное  сопротивление всех четырех резисторов одинаковое. Изменение сопротивления  активных GMR-резисторов такого моста  на 10% вызывает изменение его выходного  напряжения на 5%.

Для увеличения чувствительности датчика  в ряде случаев используются дополнительные структуры из пермаллоя, выполняющие  функцию концентраторов магнитного потока. Активные резисторы помещаются в зазор между концентраторами (рис.6). Отношение размера зазора между концентраторами к длине  одного из них примерно определяет насколько напряженность магнитного поля, воздействующего на эти резисторы, больше напряженности приложенного поля. Концентраторы могут выполнять  и роль экранов, если разместить два  других резистора под ними. Чувствительность моста можно варьировать, изменяя  зазор между концентраторами  и их длину. Применение концентраторов позволяет на основе GMR-структуры  с полем насыщения 300 Э создавать  датчики с полем насыщения 15, 50 и 100 Э. Размер датчика компании NVE на основе моста Уитстона с концентраторами  и с общим сопротивлением 5 кОм, смонтированного в восьмивыводной корпус SIOC, составляет 6×4,9 мм.