[發(fā)明專利]曲折多匝結(jié)構(gòu)巨磁阻抗效應(yīng)傳感器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910307531.4
• 申請日: 2009-09-23
• 公開（公告）號: CN101644748A
• 公開（公告）日: 2010-02-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周志敏;周勇;陳磊;雷沖;丁文
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: G01R33/09
• 分類號: G01R33/09;H01L43/08
• 代理公司: 上海交達(dá)專利事務(wù)所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種測量技術(shù)領(lǐng)域的傳感器，具體是一種曲折多匝結(jié)構(gòu)巨磁阻抗效應(yīng)傳感器。

背景技術(shù)

隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，在汽車電子、機(jī)器人技術(shù)、生物工程、自動化控制等領(lǐng)域需要一些小型的、高性能、高靈敏度且響應(yīng)速度快的磁敏傳感器來檢測相關(guān)參數(shù)，如磁場、轉(zhuǎn)速、速度、位移、角度、扭矩等。目前市場上流行的幾種磁敏傳感器主要有霍爾效應(yīng)(Hall)傳感器、各向異性(AMR)磁敏傳感器和巨磁電阻(GMR)傳感器。霍爾效應(yīng)(Hall)傳感器雖然是目前應(yīng)用最為廣泛的磁敏傳感器，但其輸出信號弱，溫度穩(wěn)定性差，靈敏度低；各向異性(AMR)磁敏傳感器的磁阻變化率大小只有2％-4％，其磁場靈敏度小于1％/Oe；巨磁電阻(GMR)傳感器的磁阻變化率雖然可以達(dá)到80％以上，可獲得較高信號輸出，但其磁場靈敏度只能達(dá)到1％-2％/Oe。

研究發(fā)現(xiàn)，軟磁材料在很小直流磁場作用下能產(chǎn)生巨磁阻抗效應(yīng)，即磁場的微小變化能夠會引起軟磁材料交流阻抗巨大變化。利用軟磁材料制作巨磁阻抗效應(yīng)傳感器，其磁場靈敏度可達(dá)2％-300％/Oe，比AMR傳感器和GMR傳感器高1到2個數(shù)量級，是霍爾效應(yīng)傳感器的10-100倍，而且巨磁阻抗效應(yīng)傳感器還具有響應(yīng)速度快、體積小等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸、自動控制、航空航天、生物工程等各個領(lǐng)域。

經(jīng)過對現(xiàn)有相關(guān)技術(shù)檢索發(fā)現(xiàn)，Z.Zhou等人在《IEEE?TRANSACTION?ONMAGNETICS》(IEEE磁學(xué)匯刊，2008年44期：2252-2254)發(fā)表了“Perpendicular?GMI?effect?in?meander?NiFe?and?NiFe/Cu/NiFe?film”(曲折結(jié)構(gòu)NiFe和NiFe/Cu/NiFe薄膜中垂直GMI效應(yīng))一文，該文公開了一種曲折結(jié)構(gòu)NiFe/Cu/NiFe多層膜巨磁阻抗效應(yīng)磁場傳感器，該傳感器為3匝曲折結(jié)構(gòu)，長度為4mm，NiFe和Cu層寬度分別為700和400μm，線條間距為100μm，最大阻抗變化率為13.0％，該傳感器線寬和間距過大，導(dǎo)致線條間電磁偶合效應(yīng)不強(qiáng)，阻抗變化率較小，此外，該傳感器的引角為2個，測量性能參數(shù)不可調(diào)節(jié)，而且無法實(shí)現(xiàn)大面積非均勻磁場的探測。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺點(diǎn)，提供一種曲折多匝結(jié)構(gòu)巨磁阻抗效應(yīng)傳感器，本發(fā)明阻抗變化率高，測量參數(shù)可調(diào)，能夠應(yīng)用于大面積非均勻磁場的探測。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明包括：帶SiO₂層的硅襯底、軟磁多層膜和引腳，其中：軟磁多層膜位于帶SiO₂層的硅襯底上，引腳的一端與軟磁多層膜固定連接，另一端固定于帶有SiO₂層的硅襯底上，軟磁多層膜為方波形的曲折多匝結(jié)構(gòu)，其匝數(shù)為10匝，匝間距離為60μm，峰-峰值為5mm，所述引腳的個數(shù)為21個。

所述的軟磁多層膜包括：銅層和軟磁薄膜層，其中：銅層位于軟磁薄膜層內(nèi)部，軟磁薄膜層的寬度為200μm，銅層4的寬度為120μm。

所述的引腳位于軟磁多層膜的上、下兩端并與銅層固定連接。

所述銅層上側(cè)的軟磁薄膜與銅層下側(cè)的軟磁薄膜厚度相同，為1μm-3μm。

所述銅層的厚度為1μm-3μm。

所述軟磁薄膜層為Ni-Fe混合材料制成，其中Ni元素所占的組分比率為82％。

本發(fā)明的軟磁多層膜采用10匝的方波形曲折結(jié)構(gòu)，通過將匝間距離減小為60μm，增加了軟磁多層膜的電磁偶合效應(yīng)，提高了傳感器的阻抗變化率；將引腳個數(shù)增加至21個，可以通過改變不同引腳之間的配對組合調(diào)節(jié)軟磁多層膜的匝數(shù)，進(jìn)而調(diào)節(jié)傳感器的測量參數(shù)，如靈敏度和阻抗變化率等，同時還能實(shí)現(xiàn)不同位置的多個區(qū)域磁場測量，使傳感器能夠應(yīng)用于大面積非均勻磁場的探測。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：測量參數(shù)可調(diào)，磁場靈敏高度，阻抗變化率大，可應(yīng)用于大面積非均勻磁場的探測。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的剖面示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。