[發(fā)明專利]集成閉環(huán)式磁場傳感器

在審

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• 申請日: 2019-12-13
• 公開（公告）號: CN110865320A
• 公開（公告）日: 2020-03-06
• 發(fā)明（設計）人: 劉明;關蒙萌;胡忠強;周子堯;朱家訓;吳金根
• 申請（專利權）人: 珠海多創(chuàng)科技有限公司
• 主分類號: G01R33/05
• 分類號: G01R33/05
• 代理公司: 廣東朗乾律師事務所 44291
• 代理人: 楊煥軍

集成閉環(huán)式磁場傳感器，包括：襯底；設置于所述襯底上的磁阻傳感層，所述磁阻傳感層上設置有用于向外輸出電壓信號的輸出端；設置于所述磁阻傳感層上的絕緣層；設置于所述絕緣層上的磁電復合層，所述磁電復合層包括位于所述絕緣層上的鐵磁層和位于所述鐵磁層上的壓電層，所述鐵磁層上設置有用于接收反饋電壓的電壓加載端。本發(fā)明的閉環(huán)式磁場傳感器，采用磁電薄膜作為傳感器的磁場反饋部分，磁電薄膜將電壓轉化為內部磁場的變化，從而可以在芯片內部形成閉環(huán)結構，大幅降低了磁場傳感器的重量和體積，同時配合作為磁場的探測部分的磁阻芯片，傳感器可以獲得高的靈敏度以及大的線性范圍，且實現了低功耗。

技術領域

本發(fā)明屬于磁場探測技術領域，尤指涉及一種磁場傳感器。

背景技術

隨著智能電網、物聯網等技術的發(fā)展，不管是人們的日常生活，還是工業(yè)生產，對磁場傳感器的需求量都越來越高，比如汽車領域、電力傳感領域都有大量的磁場傳感器的需求。由于這些新興的應用環(huán)境越來越復雜，高精度、可集成化、低功耗化已經成為磁場傳感器的發(fā)展方向。目前精度最高的可集成的傳感器技術為磁阻傳感器技術，尤其是TMR技術。相較于傳統(tǒng)的霍爾芯片，TMR技術可以提供兩個以上量級的靈敏度提升，因此，最近二十年來，磁阻傳感器得到了較大的發(fā)展，并且得到了越來越多的應用。

由于TMR技術中的磁性材料在大磁場下會發(fā)生飽和現象，因此難以在單一芯片中獲得大探測范圍和高靈敏度。目前的TMR技術應用時一般采用閉合反饋的方式，采用反饋線圈，將芯片一次輸出的信號放大并轉化為反向磁場后再加載回芯片兩端，使芯片始終工作在零磁場附近，以此來同時獲得較大的探測范圍和探測精度。但是由于該項技術需要使用磁鐵和線圈，因此反饋式閉環(huán)傳感器往往存在體積大、重量重、功耗高的缺點，難以滿足很多需要微型化器件領域的應用需求。雖然目前已經出現一些集成線圈式的解決方案，器件體積大的問題在一定程度上得到了改善，但是功耗高的問題仍沒有得到有效的解決。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種體積小、重量輕、功耗低的集成閉環(huán)式磁場傳感器。

為了實現上述目的，本發(fā)明采取如下的技術解決方案：

集成閉環(huán)式磁場傳感器，包括：襯底；設置于所述襯底上的磁阻傳感層，所述磁阻傳感層上設置有用于向外輸出電壓信號的輸出端；設置于所述磁阻傳感層上的絕緣層；設置于所述絕緣層上的磁電復合層，所述磁電復合層包括位于所述絕緣層上的鐵磁層和位于所述鐵磁層上的壓電層，所述鐵磁層上設置有用于接收反饋電壓的電壓加載端。

進一步的，所述磁阻傳感層為磁阻薄膜。

進一步的，所述磁阻傳感層為AMR單元或GMR單元或TMR單元或GMI單元。

進一步的，所述磁阻傳感層為橋式結構。

進一步的，所述磁電復合層由磁致伸縮系數≥50ppm且靜態(tài)磁導率≥10000的鐵磁材料和電致伸縮系數≥500ppm的鐵電材料復合而成。

進一步的，所述鐵磁材料為FeCoB或FeGaB或FeCoBSi或FeCoB。

進一步的，所述鐵電材料為PZT或PZN-PT或PMN-PT或AlN或HfO₂。

進一步的，所述鐵磁層與所述磁阻傳感層之間的距離為15nm～100nm。

進一步的，所述輸出端與外部的放大電路相連，將磁阻傳感層的電壓信號輸出至放大電路，放大電路將電壓信號放大后反饋至所述磁電復合層，反饋電壓通過所述電壓加載端加載在所述磁電復合層上。

進一步的，所述輸出端包括第一接線點和第二接線點，所述電壓加載端包括第三接線點和第四接線點，所述磁阻傳感層上設置有供電端口。