Este trabalho trata sobre o desenvolvimento de sensores magnéticos tipo fluxgate baseados em tecnologia planar. O material utilizado como núcleo é baseado em trabalhos anteriores que determinaram os melhores parâmetros de eletrodeposição de ligas de NiFe para esta aplicação. Foram criados dispositivos funcionais mostrando a usabilidade do material. Também foram propostos 4 novos leiautes com o propósito de melhorar características como sensibilidade, preço, consumo de potência e resolução se comparados com sensores similares atuais. Inicialmente somente dispositivos em escala de milímetros foram criados utilizando placas de circuito impresso como substrato e um processo litográfico baseado em toner de impressora a laser. Este processo é muito simples e permite uma rápida ida do desenho ao protótipo em escala macro sem necessitar de equipamentos especiais. Note que ao contrário de macrofluxgates convencionais, estes dispositivos pode ser diretamente escalonados. Estes protótipos fornecerão os dados necessários para a construção de micro sensores otimizados. Para calcular a intensidade do campo magnético ao qual o núcleo está submetido foram feitas simulações de elementos finitos. A pequenas distâncias do plano, menores que a separação entre as espiras e onde o núcleo ferromagnético se situa, o campo é muito influenciado pela periodicidade da bobina, dando origem a um campo com oscilações periódicas de grande amplitude. Os efeitos desta alta inomogeneidade não é bem conhecido. Utilizando as curvas de histerese medida para os filmes de NiFe foram obtidas as curvas de resposta simulada para um fluxgate. A sensibilidade e a região linear em função do campo de excitação também foram simuladas. Enquanto que a sensibilidade tem um máximo para campos pouco mais intensos que o de saturação do material, decrescendo posteriormente, a região linear apresenta um pico para campos excitatórios baixos. O primeiro foi confirmado pelos resultados experimentais que também mostraram evidências do segundo. Os quatro leiautes são basicamente dois tipos com uma versão dupla cada um. Isto é, empilhando duas camadas de bobinas idênticas consegue-se multiplicar por raiz de dois o campo de excitação utilizando a mesma potência e dobrar o número de bobinas coletoras. Os leiautes propostos mostraram melhor sensibilidade, até oito vezes maior, se comparados com uma referência tirada da literatura. Também o ruído foi menor nas versões de dupla camada. O melhor apresentou um ruído menor que 1/3 da referência, ambos com potências de 1 Wrms. Mas todos leiautes propostos tiveram menor região linear. Todas estas características também foram estudadas em função da potência aplicada que está diretamente ligada a amplitude do campo de excitação. / This work present the development of fluxgate magnetic field sensors based on planar technology. The material for the core of the device is based on early works that determined the best NiFe electrodeposition parameters for this application. Functional devices were created proving the usability of the alloy. Also 4 new layouts were proposed in order to build more sensitivity, cheaper, less power consumption and better resolution sensors. Firstly, only macro scale devices were created using printed circuit board as substrate and a laser printer toner based lithography. This process is very simple and allows a fast way from sketch to macro scale prototypes with no need of special equipments. Unlike the conventional macrofluxgates, these devices can be directly scalonable. This prototypes characterization data will be used to produce optimized microsensors. Some finite element simulations computed the magnetic field produced by a square planar coil to predict the intensity that the core is immersed on. At small distances from the coil\'s plane, smaller than the separation between wires, where the core stands, the field is very influenced by the periodicity of the coil giving rise to periodic profiles. The effects of this high inhomogeneity is not well known. Using the measured hysteresis curve from the NiFe films, the simulated response of a fluxgate sensor was obtained. The simulated sensitivity and linear range as a function of the excitation field amplitude showed some unexpected results. While the sensitivity has a maximum with excitation fields just above the core saturation values decreasing later on, the linear range shows a high peak in low field region. The first were confirmed by the experimental data that also showed strong evidences of the existence of the second one. The 4 new layouts are basically 2 with a double version each. That is, stacking two identical coil layers in order to multiply by 1.41 the excitation field using the same power, double the number of pick-up coils and minimize the undesired perpendicular magnetic field produce by planar coils. The new layout prototypes had better sensitivity, up to eight times higher, related to the reference one taken from literature. Also the noise measured was smaller in the double layers version. The best one presented more then three times less noise than the reference for a power of Wrms. But all of them presented smaller linear range. All this sensors characteristics where also studied as a function of the applied power, that is directly related to the excitation field.

Este trabalho trata sobre o desenvolvimento de sensores magnéticos tipo fluxgate baseados em tecnologia planar. O material utilizado como núcleo é baseado em trabalhos anteriores que determinaram os melhores parâmetros de eletrodeposição de ligas de NiFe para esta aplicação. Foram criados dispositivos funcionais mostrando a usabilidade do material. Também foram propostos 4 novos leiautes com o propósito de melhorar características como sensibilidade, preço, consumo de potência e resolução se comparados com sensores similares atuais. Inicialmente somente dispositivos em escala de milímetros foram criados utilizando placas de circuito impresso como substrato e um processo litográfico baseado em toner de impressora a laser. Este processo é muito simples e permite uma rápida ida do desenho ao protótipo em escala macro sem necessitar de equipamentos especiais. Note que ao contrário de macrofluxgates convencionais, estes dispositivos pode ser diretamente escalonados. Estes protótipos fornecerão os dados necessários para a construção de micro sensores otimizados. Para calcular a intensidade do campo magnético ao qual o núcleo está submetido foram feitas simulações de elementos finitos. A pequenas distâncias do plano, menores que a separação entre as espiras e onde o núcleo ferromagnético se situa, o campo é muito influenciado pela periodicidade da bobina, dando origem a um campo com oscilações periódicas de grande amplitude. Os efeitos desta alta inomogeneidade não é bem conhecido. Utilizando as curvas de histerese medida para os filmes de NiFe foram obtidas as curvas de resposta simulada para um fluxgate. A sensibilidade e a região linear em função do campo de excitação também foram simuladas. Enquanto que a sensibilidade tem um máximo para campos pouco mais intensos que o de saturação do material, decrescendo posteriormente, a região linear apresenta um pico para campos excitatórios baixos. O primeiro foi confirmado pelos resultados experimentais que também mostraram evidências do segundo. Os quatro leiautes são basicamente dois tipos com uma versão dupla cada um. Isto é, empilhando duas camadas de bobinas idênticas consegue-se multiplicar por raiz de dois o campo de excitação utilizando a mesma potência e dobrar o número de bobinas coletoras. Os leiautes propostos mostraram melhor sensibilidade, até oito vezes maior, se comparados com uma referência tirada da literatura. Também o ruído foi menor nas versões de dupla camada. O melhor apresentou um ruído menor que 1/3 da referência, ambos com potências de 1 Wrms. Mas todos leiautes propostos tiveram menor região linear. Todas estas características também foram estudadas em função da potência aplicada que está diretamente ligada a amplitude do campo de excitação. / This work present the development of fluxgate magnetic field sensors based on planar technology. The material for the core of the device is based on early works that determined the best NiFe electrodeposition parameters for this application. Functional devices were created proving the usability of the alloy. Also 4 new layouts were proposed in order to build more sensitivity, cheaper, less power consumption and better resolution sensors. Firstly, only macro scale devices were created using printed circuit board as substrate and a laser printer toner based lithography. This process is very simple and allows a fast way from sketch to macro scale prototypes with no need of special equipments. Unlike the conventional macrofluxgates, these devices can be directly scalonable. This prototypes characterization data will be used to produce optimized microsensors. Some finite element simulations computed the magnetic field produced by a square planar coil to predict the intensity that the core is immersed on. At small distances from the coil\'s plane, smaller than the separation between wires, where the core stands, the field is very influenced by the periodicity of the coil giving rise to periodic profiles. The effects of this high inhomogeneity is not well known. Using the measured hysteresis curve from the NiFe films, the simulated response of a fluxgate sensor was obtained. The simulated sensitivity and linear range as a function of the excitation field amplitude showed some unexpected results. While the sensitivity has a maximum with excitation fields just above the core saturation values decreasing later on, the linear range shows a high peak in low field region. The first were confirmed by the experimental data that also showed strong evidences of the existence of the second one. The 4 new layouts are basically 2 with a double version each. That is, stacking two identical coil layers in order to multiply by 1.41 the excitation field using the same power, double the number of pick-up coils and minimize the undesired perpendicular magnetic field produce by planar coils. The new layout prototypes had better sensitivity, up to eight times higher, related to the reference one taken from literature. Also the noise measured was smaller in the double layers version. The best one presented more then three times less noise than the reference for a power of Wrms. But all of them presented smaller linear range. All this sensors characteristics where also studied as a function of the applied power, that is directly related to the excitation field.

O presente trabalho trata da obtenção de ligas de NiFe de NiFeCo sob a forma de filmes finos e também no seu uso na tentativa em se construir um sensor magnético tipo fluxgate planar. A técnica de produção utilizada foi a eletrodeposição com regime galvanostático. A solução eletrolítica utilizada era constituída por sais de níquel e ferro e alguns aditivos. Para depositar os filmes de NiFe, o eletrodo auxiliar era constituído de níquel; enquanto que para depositar os filmes de NiFeCo, o eletrodo auxiliar era constituído de cobalto. Os filmes foram depositados em substratos de cobre utilizando densidades de corrente no intervalo de 4 até 28 mA/cm2, com tempos totais de 40 e 60 minutos. A caracterização morfológica foi realizada utilizando Microscopia Eletrônica de Varredura superficial e de seção lateral e para encontrarmos a composição dos elementos presentes na amostra, realizamos a Espectroscopia de Energia Dispersiva e Difração de Raios-X. Quanto à caracterização magnética foi utilizado o Magnetômetro de Amostra Vibrante e também magnetometria utilizando o Superconducting Quantum Interference Devices (este foi utilizado somente para os filmes de NiFeCo) como o elemento detector do equipamento. Os filmes de NiFe crescem com orientações cristalinas ao longo dos planos (110) e (200); as quantidades de níquel e ferro atingem valores constantes a partir da densidade de corrente de 15 mA/cm2 (embora sempre haja mais níquel que ferro); o ponto de menor coercividade magnética (58,4 A/m) também ocorre a partir dessa densidade de corrente, onde filmes com 1 ?m de espessura são conseguidos para um tempo total de 40 minutos. Nota-se uma assimetria para os campos aplicados perpendicular e paralelamente à superfície do filme. Os filmes de NiFeCo crescem com orientações ao longo dos planos (111) e (200). Embora sempre haja mais níquel (constante em 70%), as concentrações de Fe e Co se igualam apenas para uma densidade de corrente próxima de 15mA/cm2. Abaixo desse valor há mais ferro, e acima mais Co. A partir dessa densidade de corrente, novamente observa-se um mínimo no valor da coercividade magnética do material (81 A/m). A partir dessa densidade de corrente, tal grandeza teve seu valor mantido praticamente constante. Para essa densidade de corrente filmes de 6 ?m de espessura são obtidos para um tempo de 40 minutos. Uma menor assimetria magnética é observada comparada com o caso anterior. Por esses dados, acreditamos que o filmes de NiFeCo seja um melhor candidato para a confecção do sensor planar tipo fluxgate, e testes iniciais de sua fabricação também são apresentados. / This work presents the results about the fabrication and characterization of thin films of NiFe and NiFeCo alloys. The attempts to construct the planar fluxgate are also presented. Galvanostatic electrodeposition using an electrolytic solution containing Ni and Fe was used: NiSO4 (0,7 mol/l); NiCl2 (0,02 mol/l); FeSO4 (0,03 mol/l); H3BO3 (0,4 mol/l) and C7H5O3NS.2H2O (0,016 mol/l). The auxiliary electrode was made on Ni for the NiFe films, while another one made on Co was used for the NiFeCo films. Films were deposited on copper substrates using current densities form 4 up to 28 mA/cm2, and total deposition time of 40 and 60 minutes. Structural characterization was performed using Scanning Electron Microscopy (surface and cross-section); Energy Dispersive Spectroscopy, and Xray Diffraction. Magnetic characterization was performed using two methods: the Vibrating Sample Magnetometry and magnetometry using a SQUID (Superconducting Quantum Interference Devices) sensor. NiFe films grow with crystalline planes oriented along the (110) e (200) directions; the amount of each material reach constant values for current densities above 15 mA/cm2 (even though there is always more Ni). The point of minimum magnetic coercivity (58,4 A/m) also occurs for this current density, where films 1 ?m-thick are obtained for a total deposition time of 40 minutes. An asymmetry is observed for magnetic fields applied parallel and perpendicular to the surface of the films. NiFeCo films grow with crystalline planes oriented along the (111) and (200) directions; the amount of Ni remains constant (about 70%) for the whole current density range. The amount of Fe decreases with increasing current density, while the amout of Co shows the opposite behavior. They have equal values for current densities of about 15mA/cm2, where the minimum coercivity of 81A/m is achieved. For higher current densities the coercivity remains constant. For the current density of 15mA/cm2, 6 ?m-thick films are obtained for a total deposition time of 40 minutes. The magnetic asymmetry is smaller than for the case of the NiFe films. According to the obtained data, we believe that NiFeCo is a better candidate for the fabrication of planar magnetic fluxgate sensors. Initial tests for the fabrication of a prototype are also presented.

O presente trabalho trata da obtenção de ligas de NiFe de NiFeCo sob a forma de filmes finos e também no seu uso na tentativa em se construir um sensor magnético tipo fluxgate planar. A técnica de produção utilizada foi a eletrodeposição com regime galvanostático. A solução eletrolítica utilizada era constituída por sais de níquel e ferro e alguns aditivos. Para depositar os filmes de NiFe, o eletrodo auxiliar era constituído de níquel; enquanto que para depositar os filmes de NiFeCo, o eletrodo auxiliar era constituído de cobalto. Os filmes foram depositados em substratos de cobre utilizando densidades de corrente no intervalo de 4 até 28 mA/cm2, com tempos totais de 40 e 60 minutos. A caracterização morfológica foi realizada utilizando Microscopia Eletrônica de Varredura superficial e de seção lateral e para encontrarmos a composição dos elementos presentes na amostra, realizamos a Espectroscopia de Energia Dispersiva e Difração de Raios-X. Quanto à caracterização magnética foi utilizado o Magnetômetro de Amostra Vibrante e também magnetometria utilizando o Superconducting Quantum Interference Devices (este foi utilizado somente para os filmes de NiFeCo) como o elemento detector do equipamento. Os filmes de NiFe crescem com orientações cristalinas ao longo dos planos (110) e (200); as quantidades de níquel e ferro atingem valores constantes a partir da densidade de corrente de 15 mA/cm2 (embora sempre haja mais níquel que ferro); o ponto de menor coercividade magnética (58,4 A/m) também ocorre a partir dessa densidade de corrente, onde filmes com 1 ?m de espessura são conseguidos para um tempo total de 40 minutos. Nota-se uma assimetria para os campos aplicados perpendicular e paralelamente à superfície do filme. Os filmes de NiFeCo crescem com orientações ao longo dos planos (111) e (200). Embora sempre haja mais níquel (constante em 70%), as concentrações de Fe e Co se igualam apenas para uma densidade de corrente próxima de 15mA/cm2. Abaixo desse valor há mais ferro, e acima mais Co. A partir dessa densidade de corrente, novamente observa-se um mínimo no valor da coercividade magnética do material (81 A/m). A partir dessa densidade de corrente, tal grandeza teve seu valor mantido praticamente constante. Para essa densidade de corrente filmes de 6 ?m de espessura são obtidos para um tempo de 40 minutos. Uma menor assimetria magnética é observada comparada com o caso anterior. Por esses dados, acreditamos que o filmes de NiFeCo seja um melhor candidato para a confecção do sensor planar tipo fluxgate, e testes iniciais de sua fabricação também são apresentados. / This work presents the results about the fabrication and characterization of thin films of NiFe and NiFeCo alloys. The attempts to construct the planar fluxgate are also presented. Galvanostatic electrodeposition using an electrolytic solution containing Ni and Fe was used: NiSO4 (0,7 mol/l); NiCl2 (0,02 mol/l); FeSO4 (0,03 mol/l); H3BO3 (0,4 mol/l) and C7H5O3NS.2H2O (0,016 mol/l). The auxiliary electrode was made on Ni for the NiFe films, while another one made on Co was used for the NiFeCo films. Films were deposited on copper substrates using current densities form 4 up to 28 mA/cm2, and total deposition time of 40 and 60 minutes. Structural characterization was performed using Scanning Electron Microscopy (surface and cross-section); Energy Dispersive Spectroscopy, and Xray Diffraction. Magnetic characterization was performed using two methods: the Vibrating Sample Magnetometry and magnetometry using a SQUID (Superconducting Quantum Interference Devices) sensor. NiFe films grow with crystalline planes oriented along the (110) e (200) directions; the amount of each material reach constant values for current densities above 15 mA/cm2 (even though there is always more Ni). The point of minimum magnetic coercivity (58,4 A/m) also occurs for this current density, where films 1 ?m-thick are obtained for a total deposition time of 40 minutes. An asymmetry is observed for magnetic fields applied parallel and perpendicular to the surface of the films. NiFeCo films grow with crystalline planes oriented along the (111) and (200) directions; the amount of Ni remains constant (about 70%) for the whole current density range. The amount of Fe decreases with increasing current density, while the amout of Co shows the opposite behavior. They have equal values for current densities of about 15mA/cm2, where the minimum coercivity of 81A/m is achieved. For higher current densities the coercivity remains constant. For the current density of 15mA/cm2, 6 ?m-thick films are obtained for a total deposition time of 40 minutes. The magnetic asymmetry is smaller than for the case of the NiFe films. According to the obtained data, we believe that NiFeCo is a better candidate for the fabrication of planar magnetic fluxgate sensors. Initial tests for the fabrication of a prototype are also presented.