[發明專利]具有并聯的磁傳感器條的磁傳感器

無效

• 申請號: 200580040260.0
• 申請日: 2005-11-21
• 公開（公告）號: CN101065682A
• 公開（公告）日: 2007-10-31
• 發明（設計）人: J·A·H·M·卡爾曼
• 申請（專利權）人: 皇家飛利浦電子股份有限公司
• 主分類號: G01R33/06
• 分類號: G01R33/06
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司
• 代理人: 王英

技術領域

本發明涉及用于探測或判斷磁顆粒的裝置和方法，例如，所述顆粒可以是但不限于磁納米顆粒。具體而言，其涉及包括并聯的磁傳感器條的磁傳感器及其操作方法。

背景技術

目前，基于AMR(各向異性磁致電阻)、GMR(巨磁致電阻)和TMR(隧道磁致電阻)元件的磁致電阻傳感器正在發揮越來越重要的作用。除了諸如硬磁盤頭和MRAM的已知高速應用之外，還在分子診斷(MDx)、IC中的電流感測、機動車等領域出現了新的帶寬相對較低的應用。

生物芯片就是磁致電阻傳感器的一個例子。生物芯片又稱生物傳感器芯片、生物微芯片、基因芯片或DNA芯片，其最簡單的形式是包括其上附著了大量不同的探針分子的襯底，在得到良好匹配的情況下，有待分析的分子或片段能夠結合至芯片上具有明確邊界的區域內。例如，DNA分子的片段結合至某一唯一的互補DNA(c-DNA)分子片段。例如，可以采用耦合至有待分析的分子的熒光標志探測結合反應的產生。其提供了在短時間內同時分析少量的很多不同分子或分子片段的能力。一個生物芯片能夠化驗10-1000或更多種不同的分子片段。預計，在未來的十年內，作為Human?Genome?Project等計劃以及有關基因和蛋白質的功能的跟進研究的結果，能夠通過生物芯片的使用獲得的信息的可用性將迅速提高。

在WO03/054523中，公開了一種用于探測微陣列或生物芯片上的生物分子的磁納米顆粒生物傳感器，所述傳感器采用GMR傳感器元件。圖1種示出了在所引用的文獻中作為一個實施例予以說明的磁致電阻傳感器1。傳感器1包括集成到生物芯片襯底4內的第一GMR傳感元件2和第二GMR傳感元件3，所述傳感元件在襯底4的表面5下方距離d處。要想允許納米顆粒6與之結合，就必須對生物芯片襯底4的表面5進行改性。

在圖1中引入了坐標系，根據所述坐標系，第一和第二GMR元件2和3沿y方向延伸一定長度。如果磁致電阻傳感器元件2和3處于xy平面內，那么GMR傳感器元件2和3主要探測磁場的x分量，即它們的感測方向是x方向。為了讀取生物芯片，通過垂直于生物芯片的平面的均勻外部磁場使結合于其上的超順磁性納米顆粒6磁化。垂直磁場使得位于磁偶極子的末端處的更高的磁場的取向朝向或靠近第一和第二GMR傳感元件2和3，其中，所述磁偶極子是由納米顆粒6形成的。磁化后的納米顆粒6在位于下層的GMR膜所在的平面內產生具有相反的磁感應向量的區域，通過第一和第二GMR傳感元件2和3探測所得的磁場。將GMR傳感元件2和3的輸出提供給比較器。

一般而言，GMR傳感器的信噪比(SNR)，即信號功率與噪聲功率之間的比率，與條的面積成正比，因而：

SNR∝l·w

其中，l為GMR傳感器的長度，w為寬度。

提高GMR讀出元件2和3的長度將增大SNR，但是也將由此提高所需的電源電壓。這種效果難以適應在集成電路上結合了GMR傳感器和信號處理電路的應用。

在很多應用中，提高傳感器長度l是一種有利的做法。在WO03/054523中提出的磁致電阻傳感器1的幾何形態使得靈敏度在傳感器條的邊緣處最大。因此，提高條的寬度不能提高SNR，提高SNR的唯一途徑是提高傳感器長度。此外，大傳感器面積將提高所結合的納米顆粒的數量，從而降低結合過程的噪聲。

提高傳感元件2和3的長度，以及由此導致的磁致電阻傳感器1的長度l的增大還將提高磁致電阻傳感器1的電阻，這將帶來問題，各參數關系如下：

R GMR = R sq · l w ]]>

其中，R_GMR是特定磁致電阻傳感器1的電阻，R_sq是用于GMR傳感元件2和3的磁致電阻材料的薄層電阻。

假設通過電流源7(參見圖2)施加了恒定感測電流Is，那么所需要的電源電壓V_suppl將隨著磁致電阻傳感器1的電阻的增大而增大。由于IC工藝限制了可用的電源電壓的最大值，因而這一點在集成電路中尤其存在問題。此外，還限制了跨越GMR傳感器的最大電壓。

發明內容