[發明專利]使用垂直各向異性的雜散場魯棒XMR傳感器

在審

• 申請號: 202010022387.6
• 申請日: 2020-01-09
• 公開（公告）號: CN111426994A
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發明（設計）人: W·拉伯格;C·米倫霍夫;J·齊默
• 申請（專利權）人: 英飛凌科技股份有限公司
• 主分類號: G01R33/09
• 分類號: G01R33/09
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 郭星

本公開涉及使用垂直各向異性的雜散場魯棒XMR傳感器。磁阻傳感器具有傳感器平面，在該傳感器平面中，磁阻傳感器對磁場敏感。磁阻傳感器包括：具有參考磁化的參考層，該參考磁化是固定的并且與傳感器平面的平面內軸線對準；以及靠近參考層設置的磁性自由層，該磁性自由層具有沿著在傳感器平面的平面外的平面外軸線對準的自由層磁化。自由層磁化被配置為在存在外部平面內磁場的情況下遠離平面外軸線并且朝向傳感器平面傾斜。

技術領域

本公開總體上涉及一種磁阻傳感器裝置及其制造方法，并且更具體地涉及一種使用垂直各向異性的磁阻傳感器裝置。

背景技術

磁阻效應基于很多不同的物理現象。所有這些現象的共同點是，電阻性元件的電阻可以通過穿透電阻性元件的磁場來改變。利用磁阻效應的技術有時被稱為“xMR技術”，其中“x”表示此處可以解決多種效應，例如巨磁阻(GMR)效應、隧道磁阻(TMR)效應、或各向異性磁阻(AMR)效應，僅舉幾個示例。xMR效應可以應用于各種基于磁場的磁阻傳感器，例如，用于測量轉數、角度等。

xMR傳感器并且具體地是xMR角度傳感器應當呈現出傳感器層(自由層)，該傳感器層能夠理想地遵循外部旋轉磁場的方向。由于其高信號和高準確性，并且有可能以模塊化方式將xMR傳感器集成到互補金屬氧化物半導體(CMOS)和雙極性CMOS(BiCMOS)技術上，因此它們通常是一種優于基于霍爾的角度傳感器的選擇。但是，這些xMR傳感器有兩個明顯的缺點：由于各向異性效應的低磁場下的降低的準確性，并且容易受到干擾場的影響。

基于xMR的角度傳感器通常包括至少兩個完整的惠斯通橋的系統，在GMR和TMR的情況下，至少兩個完整的惠斯通橋使用所施加的磁場來提供正弦或余弦信號。該場通常由永磁體提供，并且惠斯通橋的每個電阻器中的敏感層均以完全飽和模式操作。該敏感層的磁化與外部磁場“在平面內”完全對準。但是，如果外部磁場較小，則各種原點的各向異性會引起與完全對準的偏差，從而導致角度測量的不準確，即，在存在低外部電場的情況下導致角度誤差增加。為了避免這種情況，可以將具有最小場強的編碼器磁體與這些類型的傳感器一起使用，這通常是成本增加的代名詞。

具有以飽和模式操作的FL的這種傳感器的輸出信號不能測量外部磁場(即，B場)的場強。因此，輸出信號僅取決于外部B場的旋轉取向，而不取決于其場強。結果，以飽和模式操作的傳感器無法確定是否由編碼器磁體純粹地生成外部磁場、或者是否存在疊加的外部干擾場。這再次導致角度測量不準確。為了克服這個問題，該系統要么必須屏蔽外部磁場，要么需要使用更堅固的磁體以減少干擾場的影響。

在另一示例中，使用基于線性xMR的傳感器元件，該傳感器元件能夠借助于呈現出傳感器層的封閉磁通磁化(例如，渦流狀磁化)的結構來測量平面內磁場的強度。可以通過橫向結構尺寸(即，在圓形結構的情況下為直徑)和/或通過傳感器層的厚度來調節測量范圍。形狀大小越小并且傳感器層厚度越大，則磁場上限越高。通常，可以達到高達～100mT的所謂的毀滅場(其中封閉磁通磁化被毀滅的場)。從光刻和工藝的角度來看，結構大小具有下限。因此，幾乎不可能進一步擴展。結果，基于封閉磁通磁化傳感器層的角度傳感器只能用于旋轉100mT的B場，這低于當今的某些要求。

因此，需要一種能夠以高準確性進行高達100mT的角度測量的場強感測元件的另一解決方案。

因此，可能需要一種在不損害xMR技術優勢的情況下解決這些問題的改進裝置。

發明內容

實施例提供了一種通過使用垂直各向異性而對雜散場具有魯棒性的磁阻傳感器裝置。

根據一個實施例，一種磁阻傳感器具有傳感器平面，在該傳感器平面中，磁阻傳感器對磁場敏感。磁阻傳感器包括：具有參考磁化的參考層，該參考磁化是固定的并且與傳感器平面的平面內軸線對準；以及靠近參考層設置的磁性自由層，該磁性自由層具有沿著在傳感器平面的平面外的平面外軸線對準的自由層磁化。自由層磁化被配置為在存在外部平面內磁場的情況下遠離平面外軸線并且朝向傳感器平面傾斜。