[發(fā)明專利]超靈敏微磁傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201880039861.7
• 申請日: 2018-05-18
• 公開（公告）號: CN110832336B
• 公開（公告）日: 2022-02-25
• 發(fā)明（設計）人: 本蔵義信;本蔵晉平
• 申請（專利權）人: 朝日英達科株式會社
• 主分類號: G01R33/02
• 分類號: G01R33/02;H01L43/00
• 代理公司: 北京中博世達專利商標代理有限公司 11274
• 代理人: 申健

為了將上升脈沖檢波的線性度改善到0.5％以下，并且發(fā)揮上升脈沖檢波的優(yōu)點即磁場靈敏度和線性度，本發(fā)明的磁傳感器具備在一個線圈(3)中設置兩根磁導線(21、22)并使脈沖電流向相反方向流動的結構，該兩根磁導線(21、22)具有20G以下的各向異性磁場、并具有兩相磁疇結構，該兩相磁疇結構由具有周向自旋排列的表面磁疇和沿軸向自旋排列的中央部芯磁疇構成，以0.2～4.0GHz的頻率，向磁導線(21、22)施加可在磁導線(21、22)的表面上產(chǎn)生各向異性磁場1.5倍以上的圓周方向磁場所需的強度的脈沖電流。并且，線圈(3)的線圈節(jié)距為10μm以下。

技術領域

本發(fā)明涉及一種通過采用上升脈沖檢波來改善GSR傳感器的靈敏度特性的技術。

在這里，GSR傳感器是指，基于超高速自旋旋轉效應(英文表述：GHz SpinRotation effect)的超靈敏微磁傳感器。

背景技術

高靈敏微磁傳感器，包括立式FG傳感器、臥式FG傳感器、霍爾傳感器、GMR傳感器、TMR傳感器、MI傳感器、GSR傳感器和高頻載波傳感器等。當前，這些傳感器被廣泛用于智能手機、汽車、醫(yī)學和機器人等領域。其中，GSR傳感器在靈敏度方面和尺寸方面比較優(yōu)異，最受到注目。

當前，為了實現(xiàn)對生物體內(nèi)導入裝置(motion device)的遠程控制，通過搭載使用GSR傳感器之三維磁傳感器來獲得位置和方向的研究正方興未艾。

為了能夠搭載在導入裝置上，優(yōu)選傳感器的尺寸越小越好，但是檢測靈敏度卻與之成反比地降低。另外，由于供給電源的限制，還需要降低測量中的功耗。

現(xiàn)有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：特許第5839527號

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明要解決的課題

GSR傳感器檢波方法由上升脈沖檢波和下降脈沖檢波兩種方法。前者的磁場靈敏度約為后者的2.5倍，雖然可以縮短脈沖時間來降低功耗，但線性度約為1～2％，與后者的0.5％以下相比較差。

本發(fā)明的課題為，將上升脈沖檢波的線性度控制在0.5％以下、從而發(fā)揮上升脈沖檢波的優(yōu)點。

GSR傳感器的線圈輸出電壓(以下稱為線圈電壓)由依賴脈沖電流的感應電壓(稱為a電壓)和依賴外部磁場的電壓(稱為b電壓)的兩個電壓構成。當比較上升脈沖檢波與下降脈沖檢波兩者時，下降脈沖檢波時的兩個電壓峰值彼此接近并受到脈沖電流的強烈影響。再者，a電壓由于MI效應，受磁場影響，磁導線的阻抗發(fā)生改變，其結果，依賴脈沖電流的a電壓也疊加有磁場的影響，因此無法簡單地消除。

也就是說，如果a電壓不受磁場影響，則在H＝0G下測量電壓，將其消除即可檢測到凈b電壓。

從進行了上升脈沖檢波的線圈電壓中去除依賴于脈沖電流的感應電壓的研究，雖然從20年前就開始了，但直到今天仍是一個難以解決的課題。

解決手段

本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，如果在一個線圈中設置兩根磁導線并使脈沖電流向相反方向流動，則當H＝0G(0特斯拉)時，上升脈沖檢波的線圈感應電壓會變?yōu)?(圖7)。且可知，當存在磁場H時，如果使電流向相反方向流動，則線圈電壓不變，僅能檢測到b電壓(圖8)。即，可以看作a電壓消失了。

此外，當改變磁場來測量b電壓時，發(fā)現(xiàn)電壓相對于磁場的正負對稱地直線輸出，可得到0.3％以下的優(yōu)異線性度。

即使當磁場H從零變化時，a電壓也會消失的原因可以考慮為，由于兩根導線的阻抗變化相對磁場H對稱地變化，而與電流的方向無關，因此兩者的阻抗始終相同，流過兩者的脈沖電流也相同，即使磁場發(fā)生變化，對兩者線圈的影響也會被抵消(圖9)。