[發明專利]一種基于隧道磁阻效應的MEMS微流速傳感器

在審

• 申請號: 201910565537.5
• 申請日: 2019-06-27
• 公開（公告）號: CN110261640A
• 公開（公告）日: 2019-09-20
• 發明（設計）人: 楊波;梁卓玥;張婷;王斌龍
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01P5/08
• 分類號: G01P5/08;B81B3/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

本發明提出一種基于隧道磁阻效應的MEMS微流速傳感器主要包括圓柱型硅毛發體、第一隧道磁阻傳感器、第二隧道磁阻傳感器、絕緣層和底層基座組成；其中，絕緣層位于底層基座的正上方，圓柱型硅毛發體安裝在絕緣層的中心位置，第一隧道磁阻傳感器和第二隧道磁阻傳感器安裝在絕緣層的兩側并關于圓柱型硅毛發體對稱分布，圓柱型硅毛發體的頂部包含刻蝕的電磁激勵線圈用于產生磁場。采用高靈敏度的隧道磁阻效應進行流速信號檢測，具有飽和磁場低、工作磁場小、靈敏度高、溫度系數小、測量帶寬大等優點，同時提出的基于隧道磁阻效應的MEMS微流速傳感器具有結構簡單、體積小、靈敏度高、測量精度高等優點。

技術領域

本發明屬于微機電系統(MEMS)和微慣性器件測量領域，具體涉及到一種基于隧道磁阻效應的MEMS微流速傳感器。

背景技術

基于隧道磁阻效應的MEMS微流速傳感器是指基于隧道磁阻效應的一種新型微流速傳感器。隧道磁阻效應主要是指兩層鐵磁金屬和中間絕緣層構成的磁性隧道結中，如果兩層鐵磁金屬極化方向平行或者隧道間隙變小，那么電子隧穿過絕緣層的可能性會變大，磁性隧道結宏觀表現為電阻極小；如果極化方向反平行或者隧道間隙變大，那么電子隧穿過絕緣層的可能性較小，磁性隧道結宏觀表現為電阻極大。因此利用輸入流速引起的極化方向變化或者隧道間隙變化，通過測量其導致的電阻變化就可以測量輸入流速大小。

發明內容

發明目的：為探索隧道磁阻傳感器的新型應用領域，以及現有微流速傳感器的檢測方式存在靈敏度低、檢測電路復雜等缺點，針對以上問題，本發明提出一種基于隧道磁阻效應的MEMS微流速傳感器。

技術方案：為實現本發明的目的，本發明所采用的技術方案是：一種基于隧道磁阻效應的MEMS微流速傳感器主要包括圓柱型硅毛發體(2)、第一隧道磁阻傳感器(4)、第二隧道磁阻傳感器(5)、絕緣層(6)和底層基座(7)組成；其中，絕緣層(6)位于底層基座(7)的正上方，圓柱型硅毛發體(2)安裝在絕緣層(6)的中心位置，第一隧道磁阻傳感器(4)和第二隧道磁阻傳感器(5)安裝在絕緣層(6)的兩側并關于圓柱型硅毛發體(2)對稱分布，圓柱型硅毛發體(2)的頂部包含刻蝕的電磁激勵線圈(3)用于產生磁場；當沿著水平方向有流速(1)輸入時，圓柱型硅毛發體(2)產生偏移，使得第一隧道磁阻傳感器(4)和第二隧道磁阻傳感器(5)周圍的磁場分布失衡，因此，通過對圓柱型硅毛發體(2)兩側第一隧道磁阻傳感器(4)和第二隧道磁阻傳感器(5)輸出電壓的測量可以實現流速信號的測量。

從基于隧道磁阻效應的MEMS微流速傳感器的俯視圖，第一隧道磁阻傳感器(4)和第二隧道磁阻傳感器(5)由矩形塊以“蛇形”結構串聯而成，位于絕緣層(6)左右中心線AB兩側對稱分布，且第一隧道磁阻傳感器(4)和第二隧道磁阻傳感器(5)位于絕緣層(6)前后中心線CD上對稱分布；電磁激勵線圈(3)由矩形塊以“環形”結構串聯而成，位于絕緣層(6)左右中心線AB，且左右對稱分布，同時電磁激勵線圈(3)位于前后中心線CD上，且前后對稱分布；第一隧道磁阻傳感器(4)和第二隧道磁阻傳感器(5)位于電磁激勵線圈(3)的左右兩側，且第一隧道磁阻傳感器(4)和第二隧道磁阻傳感器(5)距離電磁激勵線圈(3)左右的距離相等，且對稱分布。

從隧道磁阻傳感器的結構圖，第一隧道磁阻傳感器(4)和第二隧道磁阻傳感器(5)均由六層結構疊加而成，從上至下分別為頂層電極(8)、自由層(9)、隧道勢壘層(10)、鐵磁層(11)、反鐵磁層(12)、底層電極；其中，鐵磁層(11)的磁場極化方向(15)由鐵磁層(11)和反鐵磁層(12)的相互作用預先設定，自由層(9)的磁場極化方向(14)由外界電磁激勵線圈(3)產生的磁場決定。