[發明專利]一種磁電阻Z軸梯度傳感器芯片

有效

• 申請號: 201410238418.6
• 申請日: 2014-05-30
• 公開（公告）號: CN103995240B
• 公開（公告）日: 2017-11-10
• 發明（設計）人: 詹姆斯·G·迪克;周志敏
• 申請（專利權）人: 江蘇多維科技有限公司
• 主分類號: G01R33/022
• 分類號: G01R33/022
• 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

1.一種磁電阻Z軸梯度傳感器芯片，用于探測磁性介質所產生的Z軸方向磁場分量在XY平面內的梯度，其特征在于，所述磁電阻Z軸梯度傳感器芯片包括：

Si襯底、位于所述Si襯底上的磁電阻傳感單元、位于所述Si襯底上的兩組通量引導器；所述磁電阻傳感單元位于所述通量引導器的上方或下方，且具有平行于所述Si襯底表面的敏感方向，所述通量引導器用于將所述磁性介質所產生的Z軸方向磁場分量轉變成沿所述磁電阻傳感單元的敏感方向；

所述兩組通量引導器之間的間距為Lg；

每組通量引導器均為2*N個，N≥1，所述兩組通量引導器成兩行一列的陣列，且行方向沿Y軸方向，列方向為X軸方向；每組通量引導器成N行一列的陣列，行方向沿Y軸方向，列方向為X軸方向；

所述磁電阻傳感單元電互連成半橋梯度計，所述半橋梯度計中相對橋臂之間的間距為Lg，每組通量引導器之間的行間距Ls遠小于Lg，所述半橋梯度計的兩個橋臂上的磁電阻傳感單元分別對應所述兩組通量引導器的N個通量引導器，且所述兩個橋臂上的磁電阻傳感單元位于對應的通量引導器的Y軸中心線的同一側的相同位置，所述磁電阻傳感單元具有相同敏感方向，Z軸磁場梯度為：

GradientHZ＝(HZ1-HZ2)/Lg＝Vout/(Lg*SXZ*S)

其中，HZ1和HZ2分別為所述兩組通量引導器所對應的Z軸磁場分量，Vout＝HX1*S-HX2*S＝SXZ*HZ1*S-SXZ*HZ2*S，SXZ為通量引導器的磁場轉換參數，HX1和HX2分別為經過所述兩組通量引導器后在磁阻傳感單元位置處的敏感軸向磁場分量，S為靈敏度；

或，所述磁電阻傳感單元電互連成全橋梯度計，所述全橋梯度計中相對橋臂之間的間距為Lg，每組通量引導器之間的行間距Ls遠小于Lg，所述全橋梯度計中的兩個半橋的磁電阻傳感單元分別對應于所述兩組通量引導器的N個通量引導器，每個所述半橋的兩個橋臂的磁電阻傳感單元對稱分布在對應的通量引導器的Y軸中心線兩側，與同一電源電極相連的兩個橋臂的磁電阻傳感單元分別對應所述兩組通量引導器的N個通量引導器且位于對應的通量引導器的Y軸中心線的同一側的相同位置，所述全橋梯度計的磁電阻傳感單元具有相同敏感方向，Z軸磁場梯度為：

GradientHZ＝(HZ1-HZ2)/Lg＝Vout/(2*Lg*SXZ*S)

其中，HZ1和HZ2分別為所述兩組通量引導器所對應的Z軸磁場分量，Vout＝V+-V-＝2*SXZ*S*(HZ1-HZ2)，V-＝HX1*S-(-HX1)*S＝2*HX1*S，V+＝HX2*S-(-HX2)*S＝2*HX2*S，HX1和HX2分別為經過所述兩組通量引導器后在磁阻傳感單元位置處的敏感軸向磁場分量，SXZ為通量引導器的磁場轉換參數，S為靈敏度；

或，所述磁電阻傳感單元電互連成全橋梯度計，所述全橋梯度計中相對橋臂之間的間距為Lg，每組通量引導器之間的行間距Ls遠小于Lg，所述全橋梯度計的兩個半橋中任一個半橋的兩個橋臂的磁電阻傳感單元分別對應于兩組通量引導器中的N個通量引導器且位于對應通量引導器的Y軸中心線的同一側的相同位置，與同一電源電極相連的兩個橋臂的磁電阻傳感單元對應同一組通量引導器的N個通量引導器且對稱分布在對應的通量引導器的Y軸中心線兩側，所述全橋梯度計的磁電阻傳感單元具有相同的敏感方向，Z軸磁場梯度為：

GradientHZ＝(HZ1-HZ2)/Lg＝-Vout/(2*Lg*SXZ*S)

其中，HZ1和HZ2分別為所述兩組通量引導器所對應的Z軸磁場分量，Vout＝V+-V-＝-2*SXZ*S*(HZ2-HZ1)，V-＝HX1*S-HX2*S，V+＝-HX1*S-(-HX2)*S，HX1和HX2分別為經過所述兩組通量引導器后在磁阻傳感單元位置處的敏感軸向磁場分量，SXZ為通量引導器的磁場轉換參數，S為靈敏度。

2.根據權利要求1所述的一種磁電阻Z軸梯度傳感器芯片，其特征在于，所述磁電阻傳感單元為GMR和/或TMR傳感單元。

3.根據權利要求1所述的一種磁電阻Z軸梯度傳感器芯片，其特征在于，所述通量引導器為選自Co、Fe和Ni中的一種或幾種元素組成的軟磁合金。

4.根據權利要求1所述的一種磁電阻Z軸梯度傳感器芯片，其特征在于，所述通量引導器為長條形狀，其長軸沿Y軸方向，短軸沿X軸方向，其長度Ly大于其寬度Lx和厚度Lz。