專利名稱：具有聚磁層的線性薄膜磁阻傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁阻傳感器，尤其是一種具有聚磁層的線性薄膜磁阻傳感器，屬于薄膜磁阻傳感器的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
磁阻傳感器本體被廣泛的應(yīng)用在數(shù)據(jù)存儲領(lǐng)域(計算機硬盤，MRAM),電流的測量領(lǐng)域，位置測量，物體的移動和速度，角度及角速度等的測量領(lǐng)域。磁阻傳感器本體有多層膜結(jié)構(gòu)，自旋閥結(jié)構(gòu)。多層膜結(jié)構(gòu)包括磁性層和非磁性層，它們交替的沉積在襯底上。自旋閥結(jié)構(gòu)包括非磁性釘扎層(Mnlr，MnPt)，磁性被釘扎層(CoFeB、CoFe,或是 SAF 結(jié)構(gòu) CoFe/Ru/CoFe，CoFe/Ru/CoFeB/Ta/CoFeB 等)，非磁性隔離層 (Cu、A10、MgO, HfO, ZrO, TaO 等等)，磁性自由層(CoFeB、CoFe、CoFeB/Ta/NiFe,或是 SAF 結(jié)構(gòu) CoFe/Ru/CoFe 等)。磁阻傳感器本體在測量模擬量時，由于自由層的磁性材料本身有飽合場，從而限制了可測量磁場的范圍，同時磁阻傳感器本體存在靈敏度隨溫度的變化，從而影響了測量的精度。通常解決的辦法是通過對磁性自由層加偏置磁場增加磁性自由層的飽合場的范圍，并通過后續(xù)電流的溫度補償來解決靈敏度的溫度系數(shù)來提高測量的精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種具有聚磁層的線性薄膜磁阻傳感器，其結(jié)構(gòu)緊湊，精度和線性度高、線性范圍可調(diào)，工藝簡單，成本低，抗干擾性強及溫度穩(wěn)定性好。按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述具有聚磁層的線性薄膜磁阻傳感器，包括襯底；磁阻傳感器本體，位于襯底上，具有方向上相互垂直的第一磁矩與第二磁矩；聚磁層，位于襯底上方，與磁阻傳感器本體絕緣隔離，并將待測量外磁場放大后作用于磁阻傳感器本體上。所述襯底上方設(shè)有電流導(dǎo)線，所述電流導(dǎo)線與聚磁層及磁阻傳感器本體絕緣隔離，聚磁層能將電流導(dǎo)線產(chǎn)生的感應(yīng)磁場放大后作用于磁阻傳感器本體上。所述磁阻傳感器本體包括種子層；反鐵磁釘扎層，位于種子層上；磁性被釘扎層，位于反鐵磁釘扎層，與反鐵磁釘扎層配合產(chǎn)生的交換耦合場具有第一磁矩；非磁性隔離層，位于磁性被釘扎層上，將磁性被釘扎層與磁性自由層隔離；磁性自由層，位于非磁性隔離層上，具有第二磁矩，所述第二磁矩的方向與第一磁矩的方向相互垂直。所述襯底的材料包括陶瓷或硅。所述聚磁層的材料包括NiFe、CoZrNb或CoZrHf。所述電流導(dǎo)線位于聚磁層的上方、下方位置中的一種或兩種。所述電流導(dǎo)線包括長直導(dǎo)線、U型導(dǎo)線、一層導(dǎo)線、多層導(dǎo)線、一圈導(dǎo)線或多圈導(dǎo)線。
所述反鐵磁釘扎層的材料包括MnIr或MnPt ;所述磁性釘扎層的材料包括CoFeB、CoFe、或CoFe、Ru與CoFe形成的復(fù)合層、或CoFe、Ru、CoFeB、Ta、與CoFeB形成的復(fù)合層；所述非磁性隔離層的材料包括Cu、A10、MgO, HfO, ZrO或TaO ;所述磁性自由層的材料包括CoFeB、CoFe、或CoFeB與NiFe形成的復(fù)合層、或CoFe與NiFe形成的復(fù)合層、或CoFeB、Ta與NiFe形成的復(fù)合層、CoFe、Ta與NiFe形成的復(fù)合層。一種線性薄膜磁阻傳感器電路，包括第一線性薄膜磁阻傳感器及第二線性薄膜磁阻傳感器，所述第一線性薄膜磁阻傳感器、第二線性薄膜磁阻傳感器形成半橋電路；第一線性薄膜磁阻傳感器內(nèi)參考層的第一磁矩方向與第二線性薄膜磁阻傳感器內(nèi)參考幀的第一磁矩方向反平行；第一線性薄膜磁阻傳感器內(nèi)磁性自由層的第二磁矩反向與第二線性薄膜磁阻傳感器內(nèi)磁性自由層的第二磁矩方向相互平行。還包括第三線性薄膜磁阻傳感器及第四線性薄膜磁阻傳感器，所述第一線性薄膜磁阻傳感器、第二線性薄膜磁阻傳感器、第三線性薄膜磁阻傳感器及第四線性薄膜磁阻傳感器形成惠斯通電橋，其中，所述第一線性薄膜磁阻傳感器、第二線性薄膜磁阻傳感器、第、三線性薄膜磁阻傳感器及第四線性薄膜磁阻傳感器分別形成上述惠斯通電橋的橋臂，第一線性薄膜磁阻傳感器與第四線性薄膜磁阻傳感器位于惠斯通電橋的兩個相對應(yīng)的橋臂上，第二線性薄膜磁阻傳感器與第三線性薄膜磁阻傳感器位于惠斯通電橋的兩個相對應(yīng)的橋臂上，第一線性薄膜磁阻傳感器所在的惠斯通電橋的橋臂與第二線性薄膜磁阻傳感器及第三線性薄膜磁阻傳感器所在的惠斯通電橋的橋臂領(lǐng)接；
第一線性薄膜磁阻傳感器、第二線性薄膜磁阻傳感器、第三線性薄膜磁阻傳感器及第四線性薄膜磁阻傳感器內(nèi)對應(yīng)的第二磁矩方向相互平行；第一線性薄膜磁阻傳感器、第二線性薄膜磁阻傳感器、第三線性薄膜磁阻傳感器及第四線性薄膜磁阻傳感器內(nèi)對應(yīng)的第一磁矩方向相互平行。本發(fā)明的優(yōu)點磁阻傳感器本體上設(shè)置聚磁層，在聚磁層上方或下方設(shè)置電流導(dǎo)線，聚磁層能夠?qū)㈦娏鲗?dǎo)線產(chǎn)生的感應(yīng)磁場及待測外磁場進(jìn)行放大，從而提高薄膜磁阻傳感器的靈敏度及測量范圍；精度和線性度高，線性范圍可調(diào)，工藝簡單，響應(yīng)頻率高，成本低，抗干擾性強和溫度特性好。


圖I為本發(fā)明磁阻傳感器本體的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明磁阻傳感器本體的原理說明示意圖。圖3為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)剖視圖。圖5為本發(fā)明的另一種結(jié)構(gòu)剖視圖。圖6為本發(fā)明聚磁層的一種俯視圖。圖7為本發(fā)明聚磁層的另一種俯視圖。圖8為本發(fā)明聚磁層的一種剖視圖。圖9為本發(fā)明聚磁層的另一種剖視圖。圖10為本發(fā)明聚磁層的第三種剖視圖。圖11為本發(fā)明的原理說明示意圖。
圖12為本發(fā)明襯底上方設(shè)置電流導(dǎo)線時的結(jié)構(gòu)示意圖。圖13為圖12中的一種結(jié)構(gòu)剖視圖。圖14為圖12中的另一種結(jié)構(gòu)剖視圖。圖15為本發(fā)明形成半橋電路的 原理圖。圖16為本發(fā)明形成惠斯通電橋的原理圖。圖17為本發(fā)明形成惠斯通電橋的原理說明示意圖。附圖標(biāo)記說明1-種子層、2-反鐵磁釘扎層、3-磁性被釘扎層、4-非磁性隔離層、5-磁性自由層、6-保護(hù)層、7-第一磁矩方向、8-第二磁矩方向、9-外加磁場、10-第二磁矩第一方向、11-第二磁矩第二方向、12-第二磁矩第三方向、201-第一電流輸入電極、202-第二電流輸入電極、203-第一電壓輸出電極、204-第二電壓輸出電極、205-第一聚磁層、206-第二聚磁層、207-第一磁阻傳感器本體、208-第一磁阻傳感器本體第二磁矩方向、209-第一磁阻傳感器本體第一磁矩方向、211-第一襯底、212-第一絕緣層、213-第二絕緣層、214-第三絕緣層、301-第一聚磁層俯視結(jié)構(gòu)、302-第二聚磁層俯視結(jié)構(gòu)、303-第一聚磁層剖視結(jié)構(gòu)、304-第二聚磁層剖視結(jié)構(gòu)、305-第三聚磁層剖視結(jié)構(gòu)、401-第一輸出線、402-第二輸出線、701-第三電流輸入電極、702-第四電流輸入電極、703-第三電壓輸出電極、704-第四電壓輸出電極、705-第三聚磁層、706-第四聚磁層、707-第二磁阻傳感器本體、708-第二磁阻傳感器本體的第二磁矩方向、709-第二磁阻傳感器本體的第一磁矩方向、710-第一電流導(dǎo)線、711-第二襯底、712-第四絕緣層、713-第五絕緣層、714-第六絕緣層、720-電流導(dǎo)線第一電流端、721-電流導(dǎo)線第二電流端、722-第一電流流向、801-第一電壓輸入電極、802-第二電壓輸入電極、803-第五電壓輸出電極、804-半橋電路第一磁阻傳感器本體、805-半橋電路第二磁阻傳感器本體、806-第五聚磁層、811-半橋電路第一磁阻傳感器第二磁矩方向、812-半橋電路第一磁阻傳感器第一磁矩方向、813-半橋電路第二磁阻傳感器第一磁矩方向、814-半橋電路第二磁阻傳感器第二磁矩方向、821-電流導(dǎo)線第三電流端、822-電流導(dǎo)線第四電流端、823-第二電流流向、824-第二電流導(dǎo)線、901-第三電壓輸入電極、902-第四電壓輸入電極、903-第六電壓輸出電極、904-第七電壓輸出電極、905-電流導(dǎo)線第五電流端、906-電流導(dǎo)線第六電流端、907-第三電流導(dǎo)線、908-第三電流流向、911-全橋電路第一磁阻傳感器本體、912-全橋電路第二磁阻傳感器本體、913-全橋電路第三磁阻傳感器本體、914-全橋電路第四磁阻傳感器本體、915-第六聚磁層、921-全橋電路第一磁阻傳感器本體第二磁矩方向、922-全橋電路第二磁阻傳感器本體第二磁矩方向、923-全橋電路第三磁阻傳感器第二磁矩方向、924-全橋電路第四磁阻傳感器第二磁矩方向、931-全橋電路第一磁阻傳感器本體第一磁矩方向、932-全橋電路第二磁阻傳感器第一磁矩方向、933-全橋電路第三磁阻傳感器本體第一磁矩方向及934-全橋電路第四磁阻傳感器本體第一磁矩方向。
具體實施例方式下面結(jié)合具體附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。為了能夠提高現(xiàn)有薄膜磁阻傳感器的檢測靈敏度，本發(fā)明包括襯底；磁阻傳感器本體，位于襯底上，具有方向上相互垂直的第一磁矩與第二磁矩；聚磁層，位于襯底上方，與磁阻傳感器本體絕緣隔離，并將待測量外磁場放大后作用于磁阻傳感器本體上。通過聚磁層將待測量的外磁場場強放大，即使待測量的外磁場場強較小時，也能夠通過傳感器本體檢測。磁阻傳感器本體的結(jié)構(gòu)可以采用現(xiàn)有線性薄膜磁阻傳感器的結(jié)構(gòu)，具體可以參照圖I和圖2。所述襯底上方還可以設(shè)有電流導(dǎo)線，所述電流導(dǎo)線與聚磁層及磁阻傳感器本體絕緣隔離，聚磁層能將電流導(dǎo)線產(chǎn)生的感應(yīng)磁場放大后作用于磁阻傳感器本體上。所述電流導(dǎo)線位于聚磁層的上方、下方位置中的一種或兩種。所述電流導(dǎo)線包括長直導(dǎo)線、U型導(dǎo)線、一層導(dǎo)線、多層導(dǎo)線、一圈導(dǎo)線或多圈導(dǎo)線。由于聚磁層的材料是軟磁材料，其作用是放大被測量外磁場及電流導(dǎo)線上產(chǎn)生的磁場，從而提高薄膜磁阻傳感器的靈敏度及測量范圍。
下面通過具體的實施例來說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及有效性，具體為
如圖I和圖2所示所述磁阻傳感器本體包括種子層I ;反鐵磁釘扎層2，位于種子層I上；磁性被釘扎層3，位于反鐵磁釘扎層2，與反鐵磁釘扎層2配合產(chǎn)生的交換耦合場具有第一磁矩；非磁性隔離層4,位于磁性被釘扎層3上,將磁性被釘扎層3與磁性自由層5隔離；磁性自由層5，位于非磁性隔離層4上，具有第二磁矩，所述第二磁矩的方向與第一磁矩的方向相互垂直。磁性自由層5上設(shè)置保護(hù)層6。本發(fā)明中的反鐵磁釘扎層2和磁性被釘扎層3產(chǎn)生的交換耦合場作為磁阻傳感器本體的參考層，其交換I禹合場的磁矩方向平行于待測外磁場的方向。反鐵磁釘扎層2的材料可以是MnIr,MnPt或MnFe等,磁性被釘扎層3的材料和結(jié)構(gòu)可以是CoFe、CoFeB、或CoFe、Ru與CoFe形成的復(fù)合層、或CoFe、Ru、CoFeB、Ta、CoFeB形成的復(fù)合層、或CoFe、Ta、CoFe、Ru、或CoFeB形成的復(fù)合層。非磁性隔離層4的材料可以是Cu、A10、MgO, HfO, ZrO或TaO等。磁性自由層5的材料可以是CoFeB、CoFe、或CoFeB與NiFe形成的復(fù)合層、或CoFe與NiFe形成的復(fù)合層、或CoFeB、Ta與NiFe形成的復(fù)合層、或CoFe、Ta/與NiFe形成的復(fù)合層。聚磁層可以是NiFe、CoZrNb或CoZrHf等。本發(fā)明的薄膜磁阻傳感器本體的工藝條件是行業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的工藝條件，為本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知，在這里只做簡單的陳述1)、當(dāng)非磁性隔離層4是金屬，采用真空鍍膜制備下述結(jié)構(gòu)種子層I、反鐵磁釘扎層2、磁性被釘扎層3、非磁性隔離層4，磁性自由層5，保護(hù)層6，聚磁層，電流導(dǎo)線。2)、如果非磁性隔離層4是氧化物時，然后采用真空鍍膜制備下述結(jié)構(gòu)種子層1，反鐵磁釘扎層2，磁性被釘扎層結(jié)構(gòu)3，磁性自由層5，保護(hù)層6，聚磁層，電流導(dǎo)線。薄膜磁阻傳感器本體的薄膜鍍完之后，開始回火確定磁性被釘扎層3和反鐵磁釘扎層2產(chǎn)生的交換耦合場的方向。在較高的溫度下，加大外磁場，外磁場的方向與想要的交換率禹合場的方向一致，一般平行于待測量外磁場的方向。磁性自由層5的第二磁矩方向8與磁性被釘扎層3的第一磁矩方向7相互垂直。磁性自由層5的第一磁矩方向8隨著外加磁場9的大小和方向的改變而變化。磁阻傳感器本體的工作原理為，磁阻傳感器本體的磁阻隨著磁性自由層5的第二磁矩方向8與磁性被釘扎層3的第一磁矩方向7的夾角的變化而變化；當(dāng)磁性自由層5的第二磁矩方向8隨著外加磁場9的大小和方向的改變而變化時，磁阻傳感器本體的磁阻也隨之變化。如圖2所示，當(dāng)外加磁場9的方向與磁性被釘扎層3的第一磁矩方向7平行時，同時外加磁場9的強度大于Hl時,磁性自由層5的第二磁矩方向8與外加磁場9的方向平行，進(jìn)而與磁性被釘扎層3的第一磁矩方向7平行，如圖2中的第二磁矩第一方向10所示，即第二磁矩第一方向10與第一磁矩方向7平行，這時磁阻傳感器本體的磁阻最小。當(dāng)外加磁場9的方向與磁性被釘扎層3的第一磁矩方向7反平行時，同時外加磁場9的強度大于H2時，磁性自由層5的第二磁矩方向8與外加磁場9的方向平行，進(jìn)而與磁性被釘扎層3的第一磁矩方向7反平行，如圖2中的第二磁矩第二方向11所示，即第二磁矩第二方向11與第一磁矩方向7反平行，這時磁阻傳感器本體的磁阻最大。在強度Hl與H2之間的磁場范圍就是磁阻傳感器本體的測量范圍。本發(fā)明實施例中，第二磁矩第一方向10、第二磁矩第二方向11為第二磁矩方向8的兩個取值情況，平行是指夾角為O度，反平行是指夾角為180度，下述表述情況類同，不再一一介紹。如圖:T圖11所示為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，包括第一襯底211，所述第一襯底211上設(shè)有第三絕緣層214，所述絕緣層214上設(shè)有第一磁阻傳感器本體207，所述第一磁阻傳感器本體207的兩側(cè)設(shè)置對稱分布的第二絕緣層213，第二絕緣層213上設(shè)有第一聚磁層205及第二聚磁層206,所述第一聚磁層205、第二聚磁層206通過第一絕緣層212相絕緣隔離，且第一聚磁層205、第二聚磁層206通過第一絕緣層212與第一磁阻傳感器本體207絕緣隔離。第一襯底211的材料包括陶瓷或硅，下述襯底的材料相同；第一絕緣層212、第二絕緣層213及第三絕緣層214的材料包括二氧化硅、氮化硅、AlN或三氧化二鋁，下述 描述絕緣層的材料與此處相同。第一磁阻傳感器本體207與第一電流輸入電極201、第二電流輸入電極202電連接，并與第一電壓輸出電極203及第二電壓輸出電極204電連接。第一磁阻傳感器本體207內(nèi)的第一磁阻傳感器本體第一磁矩方向209與第一磁阻傳感器本體第二磁矩方向208相互垂直。圖4和圖5是本發(fā)明實施例中，第一聚磁層205與第二聚磁層206可以采用的形狀與結(jié)構(gòu)；同時，10為本發(fā)明第一聚磁層205、第二聚磁層206可以采用的形狀與結(jié)構(gòu)，第一聚磁層205與第二聚磁層206的形狀均可以下述形狀中的一種；其中，圖6中第一聚磁層俯視結(jié)構(gòu)301為正方形、圖7中第二聚磁層俯視結(jié)構(gòu)302為類梯形的結(jié)構(gòu)，圖8中為第一聚磁層剖視結(jié)構(gòu)303，圖9為第二聚磁層剖視結(jié)構(gòu)304，圖10中為第三聚磁層剖視結(jié)構(gòu) 305。如圖11所示本發(fā)明實施例中的工作原理為，第二輸出線402為不加聚磁層的磁阻傳感器本體隨外被測量磁場變化的輸出線，第一輸出線401為本發(fā)明隨外被測量磁場變化的輸出線。從輸出線可以看出加增加第一聚磁層205、第二聚磁層206后的第一磁阻傳感器本體207的靈敏度要大于不加聚磁層的第一磁阻傳感器本體207的靈敏度。第一磁阻傳感器本體207上設(shè)置加第一聚磁層205、第二聚磁層206后整體的磁阻隨著磁性自由層5的第二磁矩方向8與磁性被釘扎層3的第一磁矩方向7的夾角的變化而變化；當(dāng)磁性自由層5的第二磁矩方向8隨著外加磁場9的大小和方向的改變而變化時，磁阻傳感器本體的磁阻也隨之變化。如圖11所示，當(dāng)外加磁場9的方向與磁性被釘扎層3的第一磁矩方向7平行時，同時外加磁場9的強度大于Hla時,磁性自由層5的第二磁矩方向8與外加磁場9的方向平行，進(jìn)而與磁性被釘扎層3的第一磁矩方向7平行，如圖11中的第二磁矩第一方向10所示，這時本發(fā)明傳感器整體的磁阻最小。當(dāng)外加磁場9的方向與磁性被釘扎層3的第一磁矩方向7反平行時，同時外加磁場9的強度大于H2a時，磁性自由層5的第二磁矩方向8與外加磁場9的方向平行，進(jìn)而與磁性被釘扎層3的第一磁矩方向7反平行，如圖11中的第二磁矩第三方向12所示，這時磁阻傳感器本體的磁阻最大。在Hla與H2a之間的磁場范圍就是本發(fā)明傳感器的測量范圍。如圖12、圖13及圖14所示為本發(fā)明磁阻傳感器本體與聚磁層、電流導(dǎo)線配合的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，包括第二磁阻傳感器本體707，所述第二磁阻傳感器本體707位于第二襯底711上方，第二磁阻傳感器本體707通過第六絕緣層714與第二襯底711相絕緣隔離，第二磁阻傳感器本體707的兩側(cè)設(shè)置對稱分布的第五絕緣層713，所述第五絕緣層713位于第六絕緣層714上方，第五絕緣層713上設(shè)有第三聚磁層705及第四聚磁層706，第三聚磁層705與第四聚磁層706通過第四絕緣層712絕緣隔離，且第三聚磁層705、第四聚磁層706通過第四絕緣層712與第二磁阻傳感器本體707絕緣隔離。本發(fā)明實施例中，在第三聚磁層705及第四聚磁層706的上方設(shè)有第一電流導(dǎo)線710，所述第一電流導(dǎo)線710布置于第四絕緣層712上。第二磁阻傳感器本體707與第一電流輸入電極701、第二電流輸入電極702電連接，且第二磁阻傳感器本體707與第三電壓輸出電極703、第四電壓輸出電極704電連接。第一電流導(dǎo)線710具有電流導(dǎo)線第一電流端720及電流導(dǎo)線第二電流端721，第一電流導(dǎo)線710內(nèi)流過的電流具有第一電流流向722，因此第一電流導(dǎo)線710能產(chǎn)生感應(yīng)磁場，第 三聚磁層705、第四聚磁層706能對第一電流導(dǎo)線710產(chǎn)生的感應(yīng)磁場進(jìn)行放大，放大后的感應(yīng)磁場作用于第二磁阻傳感器本體707，提高第二磁阻傳感器本體707的測量靈敏度。第二磁阻傳感器本體707與上述第一磁阻傳感器本體207的結(jié)構(gòu)相同，第二磁阻傳感器本體707的第二磁阻傳感器本體第一磁矩方向709與第二磁阻傳感器本體第二磁矩方向708相互垂直。圖13與圖14顯不了，第三聚磁層705與第四聚磁層706兩種不同的結(jié)構(gòu)，同時，本技術(shù)領(lǐng)域人員應(yīng)當(dāng)知道，第一電流導(dǎo)線710可以位于第三聚磁層705、第四聚磁層706的上方或下方，第一電流導(dǎo)線710可以為上述提到任何形式中的一種。如圖15所示為利用本發(fā)明磁阻傳感器構(gòu)成半橋電路的結(jié)構(gòu)示意圖。其包括半橋電路第一磁阻傳感器本體804及半橋電路第二磁阻傳感器本體805，所述半橋電路第一磁阻傳感器本體804及半橋電路第二磁阻傳感器本體805上均設(shè)置對稱分布的第五聚磁層806。半橋電路第一磁阻傳感器本體804的半橋電路第一磁阻傳感器本體第一磁矩方向812與半橋電路第二磁阻傳感器本體805的半橋電路第二磁阻傳感器本體第一磁矩方向813相平行，半橋電路第一磁阻傳感器第二磁矩方向811與半橋電路第二磁阻傳感器第二磁矩方向814相互平行。半橋電路第一磁阻傳感器本體804與第一電壓輸入電極801電連接,半橋電路第二磁阻傳感器本體805與第二電壓輸入電極802電連接，半橋電路第一磁阻傳感器本體804與半橋電路第二磁阻傳感器本體805相連的節(jié)點與第五電壓輸出電極803電連接。半橋電路上設(shè)置第二電流導(dǎo)線824，所述第二電流導(dǎo)線824布置在半橋電路第一磁阻傳感器本體804及半橋電路第二磁阻傳感器本體805，第二電流導(dǎo)線824具有電流導(dǎo)線第三電流端821及電流導(dǎo)線第四電流端822，通過電流導(dǎo)線第三電流端821及電流導(dǎo)線第四電流端822能在第二電流導(dǎo)線824內(nèi)流過所需的電流，第二電流導(dǎo)線824內(nèi)具有第二電流流向823的電流。當(dāng)利用上述半橋電路及第二電流導(dǎo)線824對外磁場進(jìn)行測量時，第五聚磁層805能夠?qū)⒌诙娏鲗?dǎo)線824產(chǎn)生的感應(yīng)磁場及外磁場進(jìn)行放大，使之外磁場能處于磁阻傳感器的測量范圍內(nèi)，提高靈敏度，具體測量過程及原理可以參考上述描述，此處不再詳述。如圖16和圖17所示利用本發(fā)明磁阻傳感器構(gòu)成惠斯通全橋電路的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，包括全橋電路第一磁阻傳感器本體911、全橋電路第二磁阻傳感器本體912、全橋電路第三磁阻傳感器本體913及全橋電路第四磁阻傳感器本體914，全橋電路第一磁阻傳感器本體911與全橋電路第二磁阻傳感器本體912及全橋電路第三磁阻傳感器本體913相連接，且全橋電路第二磁阻傳感器本體912及全橋電路第三磁阻傳感器本體913均與全橋電路第四磁阻傳感器本體914電連接，以構(gòu)成惠斯通電橋。全橋電路第一磁阻傳感器本體911、全橋電路第二磁阻傳感器本體912、全橋電路第三磁阻傳感器本體913及全橋電路第四磁阻傳感器本體914上均設(shè)置對稱分布的第六聚磁層915。全橋電路第一磁阻傳感器本體911與全橋電路第二磁阻傳感器本體912相連的端部與第七電壓輸出電極904相連，全橋電路第三磁阻傳感器本體913與全橋電路第四磁阻傳感器本體914相連的一端與第六電壓輸出電極903相連。上述連接配合后，全橋電路第一磁阻傳感器本體911的全橋電路第一磁阻傳感器本體第一磁矩方向931與全橋電路第四磁阻傳感器本體914的全橋電路第四磁阻傳感器本體第一磁矩方向934相平行，全橋電路第二磁阻傳感器本體912的全橋電路第二磁阻傳感器本體第一磁矩方向932與全橋電路第三磁阻傳感器本體913的全橋電路第三磁阻傳感器 本體第一磁矩方向933相互平行,全橋電路第一磁阻傳感器本體第一磁矩方向321與全橋電路第二磁阻傳感器本體第一磁矩方向322相互平行。全橋電路第一磁阻傳感器本體第二磁矩方向921、全橋電路第二磁阻傳感器本體第二磁矩方向922、全橋電路第三磁阻傳感器本體第二磁矩方向923及全橋電路第四磁阻傳感器本體第二磁矩方向924相互平行?；菟雇姌蛏显O(shè)置第三電流導(dǎo)線907，所述第三電流導(dǎo)線907穿過每個磁阻傳感器本體，第三電流導(dǎo)線907的兩端具有電流導(dǎo)線第五電流端905及電流導(dǎo)線第六電流端906，第三電流導(dǎo)線907內(nèi)具有第三電流流向908。本發(fā)明全橋電路的工作原理為如圖17所示，惠斯通電橋的輸出電壓為V，所述電壓V=Vout (+) -Vout (-)=第六電壓輸出電極903電壓-第七電壓輸出電極904的電壓，隨著第三電流導(dǎo)線908中電流的方向和大小的改變而發(fā)生變化。當(dāng)?shù)谌娏鲗?dǎo)線908中的電流從電流導(dǎo)線第六電流端906流向電流導(dǎo)向第五電流端905時，并且電流大于12時，所述惠斯通電橋的輸出電壓最高。當(dāng)?shù)谌娏鲗?dǎo)線908中的電流從電流導(dǎo)線第五電流端905流向電流導(dǎo)線第六電流端906時，并且電流大于11時，所述惠斯通全橋電路的輸出電壓最低。因此，電流Il到電流12之間的電流范圍能夠調(diào)節(jié)磁阻傳感器的測量范圍。本發(fā)明磁阻傳感器本體上設(shè)置聚磁層，在聚磁層上方或下方設(shè)置電流導(dǎo)線，聚磁層能夠?qū)㈦娏鲗?dǎo)線產(chǎn)生的感應(yīng)磁場及待測外磁場進(jìn)行放大，從而提高薄膜磁阻傳感器的靈敏度及測量范圍；精度和線性度高，線性范圍可調(diào)，工藝簡單，響應(yīng)頻率高，成本低，抗干擾性強和溫度特性好等。
權(quán)利要求
1.一種具有聚磁層的線性薄膜磁阻傳感器，其特征是，包括襯底； 磁阻傳感器本體，位于襯底上，具有方向上相互垂直的第一磁矩與第二磁矩；聚磁層，位于襯底上方，與磁阻傳感器本體絕緣隔離，并將待測量外磁場放大后作用于磁阻傳感器本體上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有聚磁層的線性薄膜磁阻傳感器，其特征是所述襯底上方設(shè)有電流導(dǎo)線，所述電流導(dǎo)線與聚磁層及磁阻傳感器本體絕緣隔離，聚磁層能將電流導(dǎo)線產(chǎn)生的感應(yīng)磁場放大后作用于磁阻傳感器本體上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有聚磁層的線性薄膜磁阻傳感器，其特征是，所述磁阻傳感器本體包括 種子層； 反鐵磁釘扎層，位于種子層上； 磁性被釘扎層，位于反鐵磁釘扎層，與反鐵磁釘扎層配合產(chǎn)生的交換耦合場具有第一磁矩； 非磁性隔離層，位于磁性被釘扎層上，將磁性被釘扎層與磁性自由層隔離； 磁性自由層，位于非磁性隔離層上，具有第二磁矩，所述第二磁矩的方向與第一磁矩的方向相互垂直。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有聚磁層的線性薄膜磁阻傳感器，其特征是所述襯底的材料包括陶瓷或娃。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有聚磁層的線性薄膜磁阻傳感器，其特征是所述聚磁層的材料包括NiFe、CoZrNb或CoZrHf。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有聚磁層的線性薄膜磁阻傳感器，其特征是所述電流導(dǎo)線位于聚磁層的上方、下方位置中的一種或兩種。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有聚磁層的線性薄膜磁阻傳感器，其特征是所述電流導(dǎo)線包括長直導(dǎo)線、U型導(dǎo)線、一層導(dǎo)線、多層導(dǎo)線、一圈導(dǎo)線或多圈導(dǎo)線。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有聚磁層的線性薄膜磁阻傳感器，其特征是所述反鐵磁釘扎層的材料包括MnIr或MnPt ;所述磁性釘扎層的材料包括CoFeB、CoFe、或CoFe、Ru與CoFe形成的復(fù)合層、或CoFe、Ru、CoFeB、Ta、與CoFeB形成的復(fù)合層；所述非磁性隔離層的材料包括Cu、A10、Mg0、Hf0、Zr0或TaO ;所述磁性自由層的材料包括CoFeB、CoFe、或CoFeB與NiFe形成的復(fù)合層、或CoFe與NiFe形成的復(fù)合層、或CoFeB、Ta與NiFe形成的復(fù)合層、CoFe、Ta與NiFe形成的復(fù)合層。
9.一種利用權(quán)利要求I所述具有聚磁層的線性薄膜磁阻傳感器電路，其特征是包括第一線性薄膜磁阻傳感器及第二線性薄膜磁阻傳感器，所述第一線性薄膜磁阻傳感器、第二線性薄膜磁阻傳感器形成半橋電路；第一線性薄膜磁阻傳感器內(nèi)參考層的第一磁矩方向與第二線性薄膜磁阻傳感器內(nèi)參考幀的第一磁矩方向反平行；第一線性薄膜磁阻傳感器內(nèi)磁性自由層的第二磁矩反向與第二線性薄膜磁阻傳感器內(nèi)磁性自由層的第二磁矩方向相互平行。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的具有聚磁層的線性薄膜磁阻傳感器，其特征是還包括第三線性薄膜磁阻傳感器及第四線性薄膜磁阻傳感器，所述第一線性薄膜磁阻傳感器、第二線性薄膜磁阻傳感器、第三線性薄膜磁阻傳感器及第四線性薄膜磁阻傳感器形成惠斯通電橋，其中，所述第一線性薄膜磁阻傳感器、第二線性薄膜磁阻傳感器、第三線性薄膜磁阻傳感器及第四線性薄膜磁阻傳感器分別形成上述惠斯通電橋的橋臂，第一線性薄膜磁阻傳感器與第四線性薄膜磁阻傳感器位于惠斯通電橋的兩個相對應(yīng)的橋臂上，第二線性薄膜磁阻傳感器與第三線性薄膜磁阻傳感器位于惠斯通電橋的兩個相對應(yīng)的橋臂上，第一線性薄膜磁阻傳感器所在的惠斯通電橋的橋臂與第二線性薄膜磁阻傳感器及第三線性薄膜磁阻傳感器所在的惠斯通電橋的橋臂領(lǐng)接； 第一線性 薄膜磁阻傳感器、第二線性薄膜磁阻傳感器、第三線性薄膜磁阻傳感器及第四線性薄膜磁阻傳感器內(nèi)對應(yīng)的第二磁矩方向相互平行；第一線性薄膜磁阻傳感器、第二線性薄膜磁阻傳感器、第三線性薄膜磁阻傳感器及第四線性薄膜磁阻傳感器內(nèi)對應(yīng)的第一磁矩方向相互平行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種磁阻傳感器，尤其是一種具有聚磁層的線性薄膜磁阻傳感器，屬于半導(dǎo)體的技術(shù)領(lǐng)域。按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述具有聚磁層的線性薄膜磁阻傳感器，包括襯底；磁阻傳感器本體，位于襯底上，具有方向上相互垂直的第一磁矩與第二磁矩；聚磁層，位于襯底上方，與磁阻傳感器本體絕緣隔離，并將待測量外磁場放大后作用于磁阻傳感器本體上。本發(fā)明磁阻傳感器本體上設(shè)置聚磁層，在聚磁層上方或下方設(shè)置電流導(dǎo)線，聚磁層能夠?qū)㈦娏鲗?dǎo)線產(chǎn)生的感應(yīng)磁場及待測外磁場進(jìn)行放大，從而提高薄膜磁阻傳感器的靈敏度及測量范圍；精度和線性度高，線性范圍可調(diào)，工藝簡單，響應(yīng)頻率高，成本低，抗干擾性強和溫度特性好。
文檔編號G01D5/12GK102692242SQ201210205370
公開日2012年9月26日 申請日期2012年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月20日
發(fā)明者王建國 申請人:無錫樂爾科技有限公司