[發明專利]用于感測外部磁場的MLU單元和包括MLU單元的磁性傳感器裝置

有效

• 申請號: 201580062760.8
• 申請日: 2015-11-18
• 公開（公告）號: CN107076810B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發明（設計）人: S.班迪伊拉
• 申請（專利權）人: 克羅科斯科技公司
• 主分類號: G01R33/09
• 分類號: G01R33/09
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 吳超;傅永霄

本公開涉及一種用于感測外部磁場的MLU單元，其包括磁隧道結，所述磁隧道結包含：感測層，其具有適于通過外部磁場定向的感測磁化；參考層，其具有參考磁化；隧道勢壘層；具有偏置磁化的偏置層和偏置反鐵磁層，所述偏置反鐵磁層在低閾值溫度下釘扎基本上平行于被釘扎的參考磁化的偏置磁化并在高閾值溫度下解放其；在感測層與偏置層之間的偏置耦合層，所述偏置耦合層被配置成用于磁耦合偏置層和感測層使得感測磁化被定向成基本上垂直于被釘扎的偏置磁化和被釘扎的參考磁化。本公開進一步涉及一種用于感測外部磁場的磁性傳感器裝置，其包括多個MLU單元。

技術領域

本發明涉及用于感測外部磁場的MLU單元和包括MLU單元的磁性傳感器裝置。當測量外部磁場時，MLU單元磁性傳感器裝置產生線性信號。

背景技術

在磁性傳感器或羅盤中，磁性邏輯單元（MLU）單元能夠用于感測磁場。MLU單元能夠包括磁隧道結，所述磁隧道結包括具有固定參考磁化的參考層、具有自由感測磁化的感測層和在參考層與感測層之間的隧道勢壘層。感測磁化可在存在外部磁場的情況下定向，同時參考磁化保持不受外部磁場的干擾。因此，能夠通過測量磁隧道結的電阻來感測外部磁場，所述電阻取決于通過外部磁場定向的感測磁化和固定參考磁化的相對定向。

理想地，當通過外部磁場定向時，感測層具有線性且非遲滯行為以便促進測量外部磁場的細微變化。這在感測具有大約0.5奧斯特（Oe）的平均值的地球磁場時是相關的。

這樣的線性且非遲滯行為能夠通過提供磁隧道結來實現，其中，感測磁化被定向成基本上垂直于參考磁化。這通常通過釘扎垂直于感測層的各向異性軸線的參考磁化來實現。在制造磁隧道結期間，能夠通過濺射狀況（例如，通過施加磁場）來定義感測層的各向異性軸線的定向。

上述MLU單元的缺陷是：當感測層包括單個鐵磁層時，在包括多個MRAM單元的晶片上通過濺射狀況僅能夠定義各向異性的一個方向。

圖1圖示了常規基于MLU的裝置100，所述裝置包括串聯電連接到電流線3的多個MLU單元。磁性傳感器通常需要至少兩個感測方向。圖3示出了包括磁隧道結2的常規MLU單元，所述磁隧道結包括：感測層21，其具有感測磁化210；參考層23，其具有參考磁化230；參考反鐵磁層24，其在低閾值溫度下釘扎參考磁化230并在高閾值溫度下解放其；以及隧道勢壘層22。感測磁化210被配置成可在外部磁場中定向，使得由感測磁化210和參考磁化230的相對定向所確定的磁隧道結2的電阻改變。

返回參考圖1，由點圖案101、102、103表示多個MLU單元。場力線4被配置成基于輸入（場電流）產生磁場。尤其，多個MLU單元被配置在數個分支101、102、103中，每個分支均包括MLU單元的子集。這些分支相對于軸線x被定向在大約0°、大約45°、大約90°的角度處。場力線可包括多個部分401、402、403，每個均相應地安置成鄰近于MLU單元的分支101、102、103中的對應一者。場力線部分401、402、403被配置成使得通過每個部分401、402、403的電流41的方向具有對應于其對應分支101、102、103的角定向的角定向。結果，編程磁場（在圖1中由點箭頭42所示）被定向在垂直于相應的場力線部分401、402、403的方向上，并使參考磁化（虛線箭頭230）在同一方向上對準。根據由濺射狀況所限定的各向異性軸線來定向感測磁化方向（在圖1中由普通箭頭210所示）。在圖1中，感測磁化210在處于大約0°的分支101中被定向成垂直于參考磁化230，在處于大約45°的子集102中被定向成在大約45°的角度處，且在處于大約90°的子集103中被定向成基本上平行于參考磁化230。

圖2a至圖2c示出了對應于第一分支101（圖2a）、第二分支102（圖2b）和第三分支103（圖2c）的磁滯回線。在第一分支101中，電阻R隨磁場H的變化而線性地改變。磁場H的變化是由于感測磁化210圍繞其各向異性軸線（垂直于參考磁化230的定向）的定向的變化。在第二分支102和第三分支103中，電阻R不隨磁場H的變化而線性地改變。