[實用新型]一種低噪聲磁電阻傳感器

有效

• 申請號: 201620483759.4
• 申請日: 2016-05-25
• 公開（公告）號: CN206147081U
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發明（設計）人: 詹姆斯·G·迪克;周志敏;史建雷
• 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;G01R15/00
• 代理公司: 廣州三環專利代理有限公司44202
• 代理人: 郝傳鑫

技術領域

本實用新型涉及到磁電阻傳感器，尤其涉及到一種低噪聲磁電阻傳感器。

背景技術

弱磁場是指磁場等級在地磁場附近(0.5Oe)或較弱于地磁場的磁場強度大小。而絕大多數的磁場均位于弱磁場區間。鐵磁性物體在地磁場中會被磁化，而被磁化的物體會對周圍磁場產生擾動。體積較小的永磁體或通有微弱電流的電子產品也會在一定空間范圍內產生磁場。

隨著科學技術的發展，人們在磁場測量方面設計出了各種不同的磁場傳感器,并廣泛的應用于磁場測量之中。在探礦、地下鉆孔、水下定位、無損探傷，磁場成像、航海系統，地震預測，航空航天等探測磁場的大小、方向方面往往需要測量弱磁場的微弱變化或擾動。由于磁場(如地磁場)強度較低，信號較弱，如果傳感器本體噪聲與磁場信號相近，則探測信號湮沒在噪聲背景中，無法獲得有效數據。因此，檢測磁場的微弱變化，需要采用低本體噪聲、高分辨率的傳感器，目前最常見的是采用磁通門磁力儀，磁通門磁力儀是一種測量磁場的傳感器，根據法拉第電磁感應原理設計而成，一般采用坡莫合金作為磁芯。然而磁通門磁力儀體積較大，成本較高，更重要的是磁通門必須靜置測量，否則誤差較大。

隨著技術的不斷進步，磁場測量傳感器的領域需要一種新型的磁場檢測裝置能夠解決分辨率低、成本高、誤差大、操作復雜、體積較大等技術問題。

實用新型內容

為了解決以上技術問題，本實用新型提出了一種低噪聲的磁電阻傳感器。本實用新型的磁電阻傳感器使用多個大的通量集中器來增加傳感器的靈敏性和傳感器的面積，這樣可以減少傳感器的自身噪音。此外，由于磁電阻傳感器使用TMR元件，本實用新型的傳感器比磁通門具有更高的帶寬，且具有能耗低、尺寸小等優點。

本實用新型提出了一種低噪聲磁電阻傳感器，包括兩個磁電阻傳感器切片，其中一個磁電阻傳感器切片為另一個磁電阻傳感器切片在X-Y平面內旋轉180度角度相位得到，所述的磁電阻傳感器切片包括基片襯底、底層電極層、MTJ磁電阻層、頂層電極層、絕緣層和多個通量集中器，所述的底層電極層為導電材料并沉積在所述的基片襯底上，所述的MTJ磁電阻層由多個MTJ磁電阻單元串陣列構成，每個MTJ磁電阻單元串由多個MTJ磁電阻單元構成，所述的頂層電極層覆蓋所述的MTJ磁電阻單元串，所述的絕緣層覆蓋所述的底層電極層、所述的MTJ磁電阻層和所述的頂層電極層，其特征在于，所述的通量集中器位于MTJ磁電阻層的上表面或者下表面，所述的MTJ磁電阻單元位于所述的通量集中器之間的間隙處，每個所述的MTJ磁電阻單元的形狀為末端具有錐形或圓弧形的結構，所述的MTJ磁電阻單元的長度與寬度的比值在1.5—100之間，所述的MTJ磁電阻單元的寬度在0.1微米—10微米之間。

優選地，所述的基片襯底的材料為硅。

優選地，兩個所述的磁電阻傳感器切片上的磁電阻傳感單元串陣列電連接成推挽式磁電阻傳感單元電橋，所述推挽式磁電阻傳感單元電橋至少包括一個推臂和一個挽臂，所述推臂包括至少一個推磁電阻傳感單元串，所述挽臂包括至少一個挽磁電阻傳感單元串，所述的推磁電阻傳感單元串和挽磁電阻傳感單元串均由所述的MTJ磁電阻傳感單元構成。

優選地，所述MTJ磁電阻傳感單元包括自下而上依次分布的種子層、反鐵磁層AF1、合成反鐵磁釘扎層、隧道結、自由層、反鐵磁層AF2、覆蓋層，其中所述的反鐵磁層AF1的材料為PtMn，反鐵磁層AF2的材料為IrMn，合成反鐵磁釘扎層采用CoFe/Ta/CoFe/Ru/CoFeB的結構，自由層采用CoFeB/NiFe的結構，隧道結的材料為MgO。

優選地，所述的絕緣層的材料為SiO₂、Al₂O₃、Si₃N₄、聚酰亞胺或光刻膠。

優選地，所述的底層電極層為鉭與釕交替構成的多層結構，所述的頂層電極層的材料為金。

優選地，所述的MTJ磁電阻層由兩個相同的MTJ磁電阻單元串陣列構成，所述的MTJ磁電阻單元串陣列由所述的MTJ磁電阻單元串串聯連接而成，每個所述的MTJ磁電阻單元串陣列構成推挽式磁電阻傳感單元電橋的推臂和挽臂。

其中，相鄰MTJ磁電阻單元串之間的間隙GAP1將每一個矩形的通量集中器分割成四個獨立的部分。