[發明專利]一種單芯片差分自由層推挽式磁場傳感器電橋及制備方法

有效

• 申請號: 201410508055.3
• 申請日: 2014-09-28
• 公開（公告）號: CN104280700B
• 公開（公告）日: 2017-09-08
• 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: G01R33/09
• 分類號: G01R33/09;G01R17/00;G01R3/00;G01C17/28
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司32103
• 代理人: 孫仿衛,段曉玲

技術領域

本發明涉及磁性傳感器領域，特別涉及一種單芯片差分自由層推挽式磁場傳感器電橋及制備方法。

背景技術

在兩軸和三軸磁性羅盤芯片設計過程中，需要同時用到X軸和Y軸磁敏傳感器，對于磁電阻類型的傳感單元，一般具有單一的敏感磁場方向，例如為X方向磁場敏感，對于Y方向磁場敏感的獲得，一般采用將X方向磁場敏感傳感單元旋轉90度，以此來獲得Y方向磁場敏感單元，其次，為了提高X或者Y軸磁電阻傳感器的磁場靈敏度，通常采用推挽式電橋，其中推臂和腕臂采用分立制造的形式，即將其中的一個相對于另一個相對旋轉180度，這樣推臂和腕臂具有相反的釘扎層磁化方向，而自由層磁化方向相同，如圖2a為這樣飛線釘扎層的磁電阻傳感單元的磁化狀態示意圖，而后在推臂和腕臂的切片之間采用飛線的形式進行連接。

以上提出的Y軸磁電阻傳感器主要存在如下問題：

1)在同一平面上同時制備X和Y軸磁電阻傳感器時，由于X和Y軸磁電阻傳感器都為分立元件，因此無法實現集成制造，增加了工藝的復雜性，并影響了兩軸或三軸傳感器的測量精度。

2)推臂和腕臂無法實現集成制造的工藝，采用分立切片飛線連接的工藝，同樣增加了工藝的復雜性，影響傳感器的測量精度。

發明內容

為了解決以上存在的問題，本發明提出了一種單芯片差分自由層推挽式磁場傳感器電橋及制備方法，采用通量集中器來實現對Y磁場的方向的扭曲，獲得-X和X方向的磁場分量，這樣所有的磁電阻傳感單元具有相同的釘扎層磁化方向，推臂和挽臂通過自由層的相反方向的偏轉來實現，圖2a為這樣類型差分自由層類型的磁電阻單元的磁化狀態的示意圖。

本發明所提出的一種單芯片差分自由層推挽式磁場傳感器電橋包括：位于X-Y平面上的襯底；

一個錯列排列的軟磁通量集中器陣列；

所述每個軟磁通量集中器具有平行于X軸和Y軸的邊，以及四個角，所述四個角從左上位置開始順時針方向依次標記為A，B，C和D；位于所述襯底上的磁電阻傳感單元陣列，其包括位于所述軟磁通量集中器之間的間隙處的磁電阻傳感單元；

位于任意軟磁通量集中器的A和C角位置附近的所述磁電阻傳感單元稱為推磁電阻傳感單元；

位于任意軟磁通量集中器的B和D角位置附近的所述磁電阻傳感單元稱為挽磁電阻傳感單元；

所有所述推磁電阻傳感單元電連接成一個或多個推臂；

所有所述挽磁電阻傳感單元電連接成一個或多個挽臂；

所有所述推臂和所有所述挽臂電連接成一個推挽式傳感器橋。

優選的，所述磁電阻傳感單元為GMR自旋閥或者TMR傳感單元，無外磁場時，所有所述磁電阻傳感單元的釘扎層磁化方向相同且平行于X軸方向，所有所述磁電阻傳感單元的自由層磁化方向相同且平行于Y軸方向。

優選的，所述錯列排列的軟磁通量集中器陣列包括第一軟磁通量集中器和第二軟磁通量集中器，所述第一軟磁通量集中器和所述第二軟磁通量集中器均排列成平行于所述Y軸方向的列且平行于所述X軸方向的行，所述軟磁通量集中器在所述Y軸方向尺度為Ly且在所述X軸方向尺度為Lx，所述第一軟磁通量集中器和所述第二軟磁通量集中器各自的相鄰的行之間沿所述Y軸方向的間隙為yGap，且所述第二軟磁通量集中器的列相對于所述第一軟磁通量集中器的列沿所述Y軸方向相對移動的距離為。

優選的，所述磁電阻傳感單元陣列的行方向平行于所述X軸方向且列方向平行于所述Y軸方向，所述磁電阻傳感單元陣列的列位于所述第一軟磁通量集中器和第二軟磁通量集中器相鄰列的間隙中心，推磁電阻傳感單元同時分別對應第一和第二軟磁通量集中器的角A和角C位置，且所述第二軟磁通量集中器相對于所述第一軟磁通量集中器具有正Y軸向位移，所述挽磁電阻傳感單元同時分別對應第一和第二軟磁通量集中器的角B和角D位置，且所述第二軟磁通量集中器相對于第一軟磁通量集中器具有負Y軸向等值位移。

優選的，所述磁電阻傳感單元陣列的每列和每行均由交替排列的推磁電阻傳感單元和挽磁電阻傳感單元組成。

優選的，所述磁電阻傳感單元陣列的每列包括交替排列的推磁電阻傳感單元和挽磁電阻傳感單元，所述磁電阻傳感單元陣列包括交替排列的推磁電阻傳感單元行和挽磁電阻傳感單元行，所述推磁電阻傳感單元行由推磁電阻傳感單元組成，所述挽磁電阻傳感單元行由挽磁電阻傳感單元組成。