[發明專利]一種具有磁閉環調制效應的磁傳感材料堆層結構及其制備方法

在審

• 申請號: 201911279397.1
• 申請日: 2019-12-13
• 公開（公告）號: CN110865321A
• 公開（公告）日: 2020-03-06
• 發明（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

一種具有磁閉環調制效應的磁傳感材料堆層結構及其制備方法，該磁傳感材料堆層結構包括：基底；設置于基底上的磁阻傳感層；設置于磁阻傳感層上的第一連接電極層；設置于第一連接電極層上的絕緣層；設置于絕緣層上的磁電復合層，磁電復合層包括位于絕緣層上的鐵磁金屬層和位于鐵磁金屬層上的壓電層；設置于磁電復合層上的第二連接電極層。本發明的磁傳感材料堆層結構，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，從而可以在磁場傳感器內部形成閉環結構，有利于降低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傳感層，磁場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

本發明屬于磁場探測技術領域，尤指涉及一種具有磁閉環調制效應的磁傳感材料堆層結構及其制備方法。

背景技術

隨著智能電網、物聯網等技術的發展，不管是人們的日常生活，還是工業生產，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境越來越復雜，高精度、可集成化、低功耗化成為磁場傳感器的發展方向。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，磁阻傳感技術得到了飛速的發展，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。但是由于閉合反饋技術需要使用磁鐵和線圈，因此反饋式閉環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。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有磁閉環調制效應的磁傳感材料堆層結構及其制備方法，該磁傳感材料堆層結構可用于磁場傳感器中，有助于解決現有磁場傳感器存在的體積大、功耗高的問題。

為了實現上述目的，本發明采取如下的技術解決方案：

一種具有磁閉環調制效應的磁傳感材料堆層結構，包括：基底；設置于所述基底上的磁阻傳感層；設置于所述磁阻傳感層上的第一連接電極層；設置于所述第一連接電極層上的絕緣層；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金屬層和位于所述鐵磁金屬層上的壓電層；設置于所述磁電復合層上的第二連接電極層。

進一步的，所述磁阻傳感層為磁阻薄膜。

更具體的，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，所述鐵磁金屬層的磁致伸縮系數≥50ppm，且初始磁導率≥5000。

更具體的，所述鐵磁金屬為FeGaB或FeCoB或CoFeB或FeCoBSi。

新一步的，所述壓電層材料的電致伸縮系數≥500ppm。

更具體的，所述鐵電材料為PZT或PZN或PMN或PZN-PT或PMN-PT或AlN或HfO₂。

進一步的，所述鐵磁金屬層與所述磁阻傳感層之間的距離為15nm～100nm。

進一步的，所述第一連接電極層上設置有所述磁阻傳感層的輸入端和輸出端，所述輸入端用于和外部電流源相連，所述輸出端用于連接外部的放大電路；所述第二連接電極層和所述鐵磁金屬層上設置有所述壓電層的電壓加載端，所述電壓加載端與外部放大電路的輸出端相連。

本發明還提供了一種具有磁閉環調制效應的磁傳感材料堆層結構的制備方法，包括以下步驟：