[發明專利]一種單芯片三軸磁場傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 201410123285.8
• 申請日: 2014-03-28
• 公開（公告）號: CN103913709B
• 公開（公告）日: 2017-05-17
• 發明（設計）人: 詹姆斯·G·迪克;李丹
• 申請（專利權）人: 江蘇多維科技有限公司
• 主分類號: G01R33/09
• 分類號: G01R33/09;G01R3/00
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司32103
• 代理人: 李艷,孫仿衛

1.一種單芯片三軸磁場傳感器，其特征在于，所述傳感器包括：

一位于XY平面內的基片，所述基片上集成設置有一x軸傳感器、一Y軸傳感器和一Z軸傳感器，分別用于檢測磁場在X軸方向、Y軸方向、Z軸方向上的分量；

所述X軸傳感器和所述Y軸傳感器各自均包含有一參考電橋和至少兩個磁通量控制器，所述參考電橋的參考臂和感應臂均包含有一個或多個相同的相互電連接的磁電阻傳感元件，所述參考臂上的磁電阻傳感元件位于所述磁通量控制器的上方或下方，并沿著所述磁通量控制器的長度方向排列形成參考元件串，所述感應臂上的磁電阻傳感元件位于相鄰兩個所述磁通量控制器之間的間隙處，并沿著所述磁通量控制器的長度方向排列形成感應元件串；所述參考元件串和所述感應元件串相互交錯排放，每個所述參考元件串至少與一個所述感應元件串相鄰，每個所述感應元件串也至少與一個所述參考元件串相鄰；

所述Y軸傳感器中的各元件和所述X軸傳感器中對應的元件排布方向相互垂直；

所述X軸傳感器和所述Y軸傳感器中各自兩個相鄰所述磁通量控制器之間的間隙處的磁場的增益系數均為l<A_sns<100，所述X軸傳感器和所述Y軸傳感器的磁通量控制器的上方或者下方處的磁場的衰減系數均為0<A_ref<1；

所述Z軸傳感器包含有一推挽電橋和至少一個磁通量控制器，所述推挽電橋的推臂和挽臂交替排列，各自均包含有所述一個或多個相同的相互電連接的磁電阻傳感元件，所述推臂和所述挽臂上的磁電阻傳感元件均沿著所述Z軸傳感器中磁通量控制器的長度方向排列，分別位于所述Z軸傳感器中磁通量控制器的下方兩側或上方兩側；

所述X軸傳感器和所述Y軸傳感器上的磁電阻傳感元件的釘扎層的材料不同，并且釘扎層的磁化方向垂直；所述Z軸傳感器和所述X軸傳感器的釘扎層的磁化方向相同；在沒有外加磁場時，所有所述磁電阻傳感元件的磁性自由層的磁化方向與釘扎層的磁化方向均垂直，且所述磁電阻傳感元件通過永磁偏置、雙交換作用、形狀各向異性或者它們的任意結合來實現磁性自由層的磁化方向與釘扎層的磁化方向垂直；

其中，X軸、Y軸和Z軸兩兩相互正交。

2.根據權利要求1所述的單芯片三軸磁場傳感器，其特征在于，所述磁電阻傳感元件為GMR自旋閥元件或者TMR傳感元件。

3.根據權利要求1所述的單芯片三軸磁場傳感器，其特征在于，所述磁通量控制器為矩形長條陣列，其在垂直于所述磁電阻傳感元件的釘扎層的磁化方向上的長度大于沿著所述磁電阻傳感元件的釘扎層的磁化方向的長度，并且其組成材料為軟鐵磁合金。

4.根據權利要求1-3中的任一項所述的單芯片三軸磁場傳感器，其特征在于，所述X軸傳感器和所述Y軸傳感器各自的所述感應臂和所述參考臂上的磁電阻傳感元件的數量相同；所述Z軸傳感器的所述推臂和所述挽臂上的磁電阻傳感元件的數量相同。

5.根據權利要求1-3中的任一項所述的單芯片三軸磁場傳感器，其特征在于，所述磁電阻傳感元件在垂直于釘扎層磁化方向上的長度大于沿著釘扎層磁化方向的長度。

6.根據權利要求1-3中的任一項所述的單芯片三軸磁場傳感器，其特征在于，所述Z軸傳感器的相鄰兩個所述磁通量控制器之間的間距S不小于所述Z軸傳感器的所述磁通量控制器的三維尺寸中最小的一個。

7.根據權利要求1-3中的任一項所述的單芯片三軸磁場傳感器，其特征在于，所述參考電橋和所述推挽電橋均為半橋、全橋或者準橋結構。

8.根據權利要求1-3中的任一項所述的單芯片三軸磁場傳感器，其特征在于，所述基片上集成有一ASIC芯片，或所述基片與一獨立的ASIC芯片相電連接。

9.根據權利要求1-3中的任一項所述的單芯片三軸磁場傳感器，其特征在于，所述單芯片三軸磁場傳感器還包含有至少3個焊盤或所述X軸傳感器、所述Y軸傳感器和所述Z軸傳感器上各自至少有3個硅通孔。