磁阻传感器及其制备方法、磁传感装置与流程

本发明涉及磁传感器，尤其涉及一种磁阻传感器及其制备方法、磁传感装置。

背景技术：

1、磁阻传感器，由于其材料具有响应于外部施加的磁场而改变其电阻值的趋势，因此，被广泛应用于测量磁场实现速度和方向感测、旋转角度感测、电流感测、接近感测等。

2、tmr（tunnel magneto resistance，隧道磁阻）传感技术是新型磁传感技术的典型代表，具有高灵敏度、低功耗、宽频带、微型化等诸多优势。tmr传感器一般采用cofeb/mgo/cofeb材料体系，由于cofeb材料剩磁较高，使得tmr传感器存在磁滞，会在测量过程中产生噪声，在精度要求较高的测量环境中容易造成极大的误差。

3、目前的市场上的tmr芯片一般采用诸如调整退火工艺等方式尽可能地减小芯片的磁滞，只能将磁滞问题抑制在了一个较小的范围内。然而受结构所限，传统的tmr芯片无论采用何种工艺均无法完全消除磁滞。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种磁阻传感器及其制备方法、磁传感装置，旨在改善磁阻传感器线性范围窄、测量误差大的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种磁阻传感器，所述磁阻传感器包括：

3、第一磁阻传感器元件，其被配置成响应于外部磁场而产生第一输出信号；

4、第二磁阻传感器元件，其被配置成响应于外部磁场而产生第二输出信号；

5、处理电路，其电耦接到所述第一磁阻传感器元件和所述第二磁阻传感器元件，其被配置成产生所述第一输出信号与所述第二输出信号之间差值的差分输出信号；

6、所述第一磁阻传感器元件和所述第二磁阻传感器元件中的每个磁阻传感器元件包括：

7、感测层，具有第一灵敏方向；

8、偏置磁场层，用于对所述感测层产生第一磁场，使所述感测层具有单涡旋磁化图案，所述第一磁场的磁化方向垂直于所述第一灵敏方向。

9、可选地，所述感测层呈圆盘或椭圆盘形状，其长轴与短轴的比值为1~2，其厚度为30~500 nm。

10、可选地，所述第一磁场的大小为10~500 oe。

11、可选地，所述磁阻传感器元件还包括底电极层、参考层、绝缘层以及顶电极层，所述底电极层、所述参考层、所述绝缘层、所述感测层、所述偏置磁场层以及所述顶电极层依次设置；

12、所述偏置磁场层包括：

13、第一反铁磁层，其位于所述偏置磁场层中远离所述感测层的一侧，为所述感测层提供所述第一磁场；

14、第一非磁层，其位于所述感测层与所述第一反铁磁层之间。

15、可选地，所述磁阻传感器包括磁堆叠体以及所述偏置磁场层；所述磁堆叠体包括依次设置的底电极层、参考层、绝缘层、所述感测层以及顶电极层；所述偏置磁场层包括至少一层，位于所述磁堆叠体的上方、一侧面或两侧面。

16、可选地，所述偏置磁场层位于所述磁堆叠体的上方时，所述偏置磁场层与所述感测层的距离为0.5~1.2cm。

17、可选地，所述偏置磁场层位于所述磁堆叠体的一侧面时，所述偏置磁场层与所述感测层的距离为0.5~1.2cm。

18、可选地，所述偏置磁场层位于所述磁堆叠体的两侧面时，所述偏置磁场层中第一偏置磁场层与第二偏置磁场层对称设置在所述磁堆叠体的两侧，所述第一偏置磁场层与所述第二偏置磁场层之间距离为2.5~4cm。

19、可选地，所述感测层包括第一铁磁层和第一软磁层；所述第一铁磁层为铁磁性材料；所述第一软磁层为坡莫合金、非晶合金或微晶合金中的一种。

20、可选地，所述第一软磁层为cofe、cofesib、cofeal、nifesi、nife以及cofecumo中的一种。

21、可选地，所述感测层还包括一非磁层，所述非磁层配置于所述第一铁磁层与所述第一软磁层之间。

22、可选地，所述非磁层的材质为ta或ru。

23、可选地，所述磁阻传感器元件为tmr元件或gmr元件；

24、可选地，所述第一磁阻传感器元件中每个磁阻传感器元件与所述第二磁阻传感器元件中每个磁阻传感器元件的参考层的磁化方向相反；

25、可选地，所述第一磁阻传感器元件中每个磁阻传感器元件与所述第二磁阻传感器元件中每个磁阻传感器元件还包括钉扎层，对其参考层的磁化方向进行钉扎。

26、可选地，所述第一磁阻传感器元件与所述第二磁阻传感器元件组成惠斯通半桥或全桥结构。

27、此外，为实现上述目的，本发明还提供一种磁阻传感器的制备方法，所述磁阻传感器为上述任一所述的磁阻传感器，所述磁阻传感器中磁阻传感器元件的制备方法包括以下步骤：

28、提供一基底；

29、在所述基底上沉积第一底电极层薄膜、第一参考层薄膜、第一绝缘层薄膜、第一感测层薄膜、偏置磁场层薄膜以及顶电极层薄膜，形成第一磁堆叠；

30、对所述第一磁堆叠进行磁场退火，以固定所述第一参考层薄膜的磁化方向；

31、对所述第一磁堆叠进行流片，得到所述磁阻传感器元件。

32、此外，为实现上述目的，本发明还提供一种磁阻传感器的制备方法，所述磁阻传感器为上述任一种的磁阻传感器，所述磁阻传感器中磁阻传感器元件的制备方法包括以下步骤：

33、提供一基底；

34、在所述基底上依次沉积底电极层薄膜、参考层薄膜、绝缘层薄膜以及顶电极层薄膜，形成第二磁堆叠；

35、对所述第二磁堆叠进行磁场退火，以固定所述参考层薄膜的磁化方向；

36、对所述第二磁堆叠进行流片，形成磁堆叠体以及位于所述磁堆叠体的上方或侧面的偏置磁场层，得到磁阻传感器元件。

37、此外，为实现上述目的，本发明还提出一种磁传感装置，所述磁传感装置为上文任一所述的磁阻传感器，或采用上文所述的制备方法所制得的磁阻传感器。

38、可选地，所述磁传感装置应用于电流感测、速度感测、方向感测、旋转角度或接近感测中的至少一种。

39、可选的，所述磁传感装置应用于与电流、速度、方向、旋转角度、接近中任一参数相关的物理参数的感测。

40、可选地，所述磁传感装置应用于电量或电压的感测。

41、本发明公开的磁阻传感器包括第一磁阻传感器元件和第二磁阻传感器元件，第一磁阻传感器元件与第二磁阻传感器元件在同一外部磁场下具有不同的输出信号，通过对其第一磁阻传感器元件以及第二磁阻传感器元件中磁阻传感器元件的感测层的周围磁场进行调整，使得其感测层具有单涡旋磁化图案，该磁阻传感器可消除磁滞对磁性测量的影响，实现了其在磁场测量过程中具有较宽线性范围，较低测量误差的技术效果。

技术特征：

1.一种磁阻传感器，其特征在于，所述磁阻传感器包括：

2.根据权利要求1所述的磁阻传感器，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的磁阻传感器，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的磁阻传感器，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的磁阻传感器，其特征在于，

6.根据权利要求1所述的磁阻传感器，其特征在于，

7.根据权利要求6所述的磁阻传感器，其特征在于，所述第一软磁层为cofe、cofesib、cofeal、nifesi、nife以及cofecumo中的一种。

8.根据权利要求1所述的磁阻传感器，其特征在于，所述磁阻传感器元件为tmr元件或gmr元件；

9.一种磁阻传感器的制备方法，其特征在于，所述磁阻传感器为权利要求1-8中任一项所述的磁阻传感器，所述磁阻传感器中磁阻传感器元件的制备方法包括：

10.一种磁传感装置，其特征在于，所述磁传感装置包括磁阻传感器，所述磁阻传感器为权利要求1-8中任一项所述的磁阻传感器，或采用权利要求9所述的制备方法所制得的磁阻传感器；

技术总结
本发明公开了一种磁阻传感器及其制备方法、磁传感装置，属于磁传感器技术领域。该磁阻传感器包括第一磁阻传感器元件和第二磁阻传感器元件，第一磁阻传感器元件和第二磁阻传感器元件中的每个磁阻传感器元件包括感测层和偏置磁场层；该感测层具有第一灵敏方向；该偏置磁场层用于对感测层产生第一磁场，使感测层具有单涡旋磁化图案；该第一磁场的磁场方向垂直于该第一灵敏方向。该磁阻传感器通过偏置磁场层对其感测层施加第一磁场，使其感测层具有单涡旋磁化图案，应用于磁场感测可降低磁滞的影响，具有较宽线性范围，较低测量误差的技术效果。

技术研发人员：胡忠强,关蒙萌,刘明,龚云翔,苏玮,刘佳明
受保护的技术使用者：珠海多创科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13