超高精度磁传感器在生物磁测量、地磁导航、天文观测、基础物理特性分析等科研领域具有广泛的应用前景和迫切需求。比如,在生物磁信号探测领域,典型的心脏磁场为 10-9—10-10T,脑磁场为10-11—10-12 T,目前能够满足检测pT(10-12 T)量级测量精度的磁传感器有光泵磁传感器、探测线圈磁传感器、磁通门传感器、超导量子干涉器件(superconducting quantum interference device,SQUID)传感器等。其中SQUID传感器是目前探测精度最高的磁传感器,可以达到10-14T(高温超导SQUID)和10-15 T(低温超导SQUID),但是由于设计制作和使用的复杂性,限制了其大规模应用。而探测线圈磁传感器、磁通门传感器和光泵传感器难于小型化,因此也不适用于微电子的集成系统。只有巨磁阻传感器和巨磁阻抗传感器既可以满足高灵敏探测的要求,又可以兼顾高性能和微型化,并且与微机电系统(micro electro-mechanical systems,MEMS)技术兼容,近年来受到更多关注。
而在近十几年间,随着薄膜技术的发展,高温超导技术得到了极大的提高,将巨磁阻技术或巨磁阻抗技术结合高温超导薄膜结构,构成了一种新的磁传感器,这种磁传感器具有可以媲美SQUID 的测量精度,并且在微型化方面具有SQUID无法具备的优越性,可以预见,这种技术的发展将会促进磁传感器领域的发展。但是由于巨磁电阻(giant magnetoresistance,GMR)元件本身的复杂性,其高达10 余层的膜结构实现起来需要非常精确的参数控制和结构设计,难度较大。复合结构中超导环部分的尺寸直径达到2.5 cm 以上,这样会增大系统体积和耦合面积,从而增加引入的磁通。理论分析方面,GMR元件忽略了材料的电感变化,因此探测精度也没有巨磁阻抗(giant magneto impedance,GMI)器件高,综合上述因素,GMI/超导复合结构可以兼顾小型化和制作上的方便性,并且可以达到更高的精度。