[實用新型]一種單芯片三軸磁場傳感器

有效

• 申請號: 201420148934.5
• 申請日: 2014-03-28
• 公開（公告）號: CN203811786U
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 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

技術領域

本實用新型涉及磁傳感器領域，尤其涉及一種單芯片三軸磁場傳感器。?

背景技術

隨著磁傳感器技術的發展，其從初期的單軸磁傳感器到后來的雙軸磁傳感器，再到如今的三軸磁傳感器，使得其可全面檢測空間X、Y、Z軸三個方向上的磁場信號。?

對于AMR、GMR和TMR等磁傳感器，由于磁場敏感方向在薄膜平面內，可以通過將兩個傳感器正交來實現平面內X、Y軸磁場分量的測量，從而實現XY二軸磁場測試系統，但對于Z軸磁場分量，其中一種解決方案是將一個分立單軸平面磁傳感器豎立安裝在二軸平面傳感器上，如申請號為201110251902.9，名稱為“三軸磁場傳感器”的專利中所公開的三軸磁場傳感器。這種方式存在以下不足之處：?

1）X、Y二軸磁傳感器和Z單軸磁傳感器在安裝之前為各自為分立元件，無法實現三軸磁傳感器的集成制造，從而增加了制造工藝的復雜程度；

2）相對于集成制造系統，采用組裝方法制造的三軸磁傳感器系統內各元件的位置精度降低，影響傳感器的測量精度。

3）由于Z單軸磁傳感器的敏感軸垂直于X，Y二軸磁傳感器，因此三軸磁傳感器Z向尺寸增加，從而增加了器件尺寸和封裝難度。?

另一種解決方案是專利CN202548308U“三軸磁傳感器”中公開的采用斜坡設置磁傳感器單元的方式來探測Z方向上的磁信號，這種結構的傳感器中形成斜坡的角度不容易控制，在斜坡上沉積磁電阻薄膜的過程中還容易造成遮蔽效應（shadowing?effects），從而降低了磁傳感器元件的性能，并且還需要算法來計算才能得到Z軸方向的磁信號。?

還有一種方案是專利申請201310202801.1“一種三軸數字指南針”中所公開的解決方案，其利用通量集中器對磁場的扭曲作用，將垂直于平面的Z軸磁場分量轉變成XY平面內的磁場分量，從而實現Z軸方向上磁信號的測量。但這種結構的磁傳感器需要一個ASIC芯片或者通過算法來計算才能得到X、Y和Z軸三個方向的磁信號。?

目前，主要是通過在基片的襯底層上刻蝕形成斜坡，在斜坡上沉積磁電阻材料薄膜，雙次沉積等方法來制備三軸磁傳感器，例如專利CN202548308U“三軸磁傳感器”中所公開的傳感器的制備過程大致是先在晶圓的襯底層上刻蝕出兩個斜坡，然后分別在兩個斜坡上通過雙次沉積磁電阻材料薄膜、雙次退火來制作測量XZ方向和YZ方向的傳感器單元。歐洲專利申請EP?2267470?B1也公開了一種制備三軸傳感器的方法，其也是通過在基片上刻蝕形成斜坡，然后在斜坡上制作測量Z軸方向磁場分量的傳感器單元。這兩個專利申請中所刻蝕的斜坡的坡度不易控制，在斜坡上沉積磁電阻材料薄膜也有一定難度，不利于實際實施。?

發明內容

為了解決以上問題，本實用新型提出了一種單芯片三軸磁場傳感器及其制備方法。該單芯片三軸磁場傳感器能直接輸出X、Y、Z三個方向的磁信號，無需使用算法來進行計算。此外，其制備無需刻槽形成斜坡，直接通過雙次沉積便能得到該三軸磁傳感器，其含有的X軸傳感器和Y軸傳感器相互垂直，它們含有的磁電阻傳感元件的釘扎層的磁化方向也相互垂直。?

本實用新型提供的一種單芯片三軸磁場傳感器，其包括：?

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對應的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1?<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；