[實(shí)用新型]一種TMR全橋磁傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201822175887.4
• 申請(qǐng)日: 2018-12-24
• 公開（公告）號(hào): CN209624756U
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉明;關(guān)蒙萌;胡忠強(qiáng);王立乾;朱家訓(xùn)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 珠海多創(chuàng)科技有限公司
• 主分類號(hào): G01R33/09
• 分類號(hào): G01R33/09
• 代理公司: 廣東朗乾律師事務(wù)所 44291
• 代理人: 楊煥軍

一種TMR全橋磁傳感器，包括：基片、一次制備于所述基片上的4組TMR單元、一次制備于所述基片上的永磁層對(duì)，所述永磁層對(duì)為所述TMR單元提供偏置場(chǎng)；4組TMR單元橋式連接形成全橋結(jié)構(gòu)；相鄰的TMR單元的永磁層對(duì)的矯頑場(chǎng)不同，相對(duì)的TMR單元的永磁層對(duì)的矯頑場(chǎng)相同。本實(shí)用新型采用矯頑場(chǎng)不同的永磁層為不同的TMR單元提供偏置場(chǎng)，從而通過(guò)特定方式的充磁后，得到磁化方向相反的兩種永磁層，可以使不同位置的TMR單元的自由層的磁矩方向有所不同，使得對(duì)應(yīng)位置上的TMR單元對(duì)同一敏感方向有相反的響應(yīng)，對(duì)外加場(chǎng)形成相反的磁阻相應(yīng)趨勢(shì)，動(dòng)態(tài)范圍更寬，并且可以在單一芯片上構(gòu)成全橋結(jié)構(gòu)，大大降低了生產(chǎn)工藝的難度和成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種磁場(chǎng)探測(cè)傳感器，尤指涉及一種單一芯片的全橋磁傳感器。

背景技術(shù)

磁傳感器是一種可以探測(cè)磁場(chǎng)的方向、強(qiáng)度以及位置的傳感器，在許多領(lǐng)域已得到了廣泛使用。TMR(Tunnel Magnetoresistance，隧道磁電阻)型傳感器是磁傳感器的一種，具有偏移低，靈敏度高和溫度性能好的優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)開始在工業(yè)領(lǐng)域得到應(yīng)用。TMR傳感器的磁電阻會(huì)隨外加磁場(chǎng)的大小、方向的變化而變化，其靈敏度優(yōu)于霍爾效應(yīng)傳感器、AMR(AnisotropyMagnetoresistance，各向異性磁阻)型傳感器以及GMR(GiantMagnetoresistance，巨磁電阻)型傳感器，而且具備更好的溫度穩(wěn)定性和更低的功耗，加上TMR型傳感器的加工工藝可以很方便的和現(xiàn)有半導(dǎo)體工藝結(jié)合，因此具有更多的應(yīng)用前景。

全橋結(jié)構(gòu)的磁電阻傳感器可以有效的提高器件的靈敏度和溫度穩(wěn)定性。TMR型傳感器由于其自身磁阻變化來(lái)源于自由層和釘扎層的相對(duì)取向，因此全橋結(jié)構(gòu)的TMR磁傳感器需要相鄰橋臂上的TMR單元的釘扎層的磁化方向相反。而通常在同一芯片上，一次制備得到的TMR單元，由于其全程工藝相同，所以同一芯片上的各TMR單元的釘扎層的磁化方向都相同，難以實(shí)現(xiàn)在單一芯片上一次形成全橋結(jié)構(gòu)。目前實(shí)現(xiàn)單一芯片上橋接的辦法有激光退火和分次沉積。激光退火是采用激光退火設(shè)備將不同區(qū)域的釘扎層的磁化方向釘扎在相反方向，但由于激光退火設(shè)備價(jià)格昂貴，因此生產(chǎn)成本很高。分次沉積是分兩次沉積先后生長(zhǎng)不同磁化方向的釘扎層，但分兩次沉積時(shí)，在生長(zhǎng)第二層時(shí)容易對(duì)第一層產(chǎn)生影響，最終影響器件性能。

為了解決現(xiàn)有的在單一芯片制備全橋結(jié)構(gòu)磁傳感器存在的成本高、性能不穩(wěn)定的問(wèn)題，公開號(hào)為CN102226836A的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N單一芯片橋式磁場(chǎng)傳感器，該傳感器包括四個(gè)磁電阻元件，每個(gè)磁電阻元件由一個(gè)或多個(gè)GMR或MTJ傳感元件串聯(lián)組成，傳感元件包括磁性自由層和磁性釘扎層，磁電阻元件的磁性釘扎層的方向設(shè)置在同一個(gè)方向上，位于相對(duì)位置的兩個(gè)磁電阻元件的磁性自由層的磁矩方向相同，位于相鄰位置的兩個(gè)磁電阻元件的磁性自由層的磁矩方向不相同。磁性自由層的磁矩方向由一對(duì)永磁體提供偏置，利用方形永磁的兩個(gè)相鄰面的剩磁角度或者采用不同朝向的條形永磁為MTJ傳感元件提供不同方向的磁場(chǎng)，使得位于永磁體之間的MTJ傳感元件的磁性自由層被設(shè)置在兩個(gè)不同的方向，而釘扎層的磁化方向均一致，最后MTJ傳感元件對(duì)外加的同一磁場(chǎng)顯示出不同的響應(yīng)。專利號(hào)為201110326725.6的中國(guó)發(fā)明專利也公開了類似結(jié)構(gòu)的單一芯片橋式磁場(chǎng)傳感器。以上專利所公開的磁傳感器雖然實(shí)現(xiàn)了在單一芯片上采用一次工藝形成全橋結(jié)構(gòu)，但傳感器的動(dòng)態(tài)范圍不夠大，仍待改進(jìn)。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于提供一種性能穩(wěn)定、動(dòng)態(tài)范圍寬的單一芯片的TMR全橋磁傳感器。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取如下的技術(shù)解決方案：

一種TMR全橋磁傳感器，包括：基片和設(shè)置于所述基片上的TMR單元，所述TMR單元包括自由層、釘扎層和隧道層，所述TMR單元的兩側(cè)設(shè)置有為其提供偏置場(chǎng)的永磁層，4組橋式連接的TMR單元形成全橋結(jié)構(gòu)；所述TMR單元的釘扎層的磁矩方向相同，相鄰的TMR單元的自由層的磁矩方向相反，相對(duì)的TMR單元的自由層的磁矩方向相同。