[發明專利]一種應變傳感器及其制作方法

有效

• 申請號: 202010301342.2
• 申請日: 2020-04-16
• 公開（公告）號: CN113532257B
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發明（設計）人: 吳偉燦;曾中明;蔡佳林;張黎可;林文魁
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: G01B7/16
• 分類號: G01B7/16;H10N50/10;H10N50/85;H10N50/01
• 代理公司: 深圳市銘粵知識產權代理有限公司 44304
• 代理人: 孫偉峰

本發明公開了一種應變傳感器，包括柔性襯底及依序層疊設置于柔性襯底上的第一電極層、磁隧道結器件和第二電極層；其中，磁隧道結器件的電阻隨著應變傳感器所受應變的變化而改變。本發明還公開了上述應變傳感器的制作方法。本發明解決了現有的應變傳感器電阻變化率較小、并且隨著使用時間傳感性能變差，最終導致無法正常工作的問題。

技術領域

本發明涉及應變傳感器器件技術領域，尤其涉及一種應變傳感器及其制作方法。

背景技術

傳統的傳感器難以在各種復雜表面執行工作，如曲面、動物及人體表面等，柔性傳感器在這方面具備極大的優勢。特別是應變傳感器依托于其可彎曲、可折疊特性，非常適合于監測人體的運動狀態，如肌肉的舒張、關節的運動以及各類人體應變信號的探測等。目前，常用的應變傳感器的傳感單元為電阻應變片，利用應變片中的敏感柵將應變信號轉化為電阻信號。敏感柵一般為單層柵狀金屬，在受到拉伸時，金屬絲拉長，敏感柵電阻增大，從而進行應變傳感。但是，這種應變片作為應變傳感單元存在一定的局限性：金屬絲在受到拉伸時體積變化有限，電阻變化率較小；這樣的結構隨著應變的反復施加，敏感柵的金屬絲的長度會被拉伸，導致了金屬絲的橫截面變小，隨著使用時間的增長，電阻的變化率逐漸變小，最終傳感性能變差無法正常工作。

發明內容

鑒于現有技術存在的不足，本發明提供了如下的技術方案：

在本發明的一方面提供了一種應變傳感器，包括柔性襯底及依序層疊設置于所述柔性襯底上的第一電極層、磁隧道結器件和第二電極層；其中，所述磁隧道結器件用于感應向所述應變傳感器施加的應變。

進一步地，所述磁隧道結器件包括依序層疊的反鐵磁層、磁性釘扎層、勢壘層和磁性自由層；其中，所述磁性自由層的磁矩的方向與自身表面的法線相互垂直，所述磁性釘扎層的磁矩的方向與自身表面的法線相互垂直。

進一步地，向所述應變傳感器施加的應變時，所述磁性自由層的磁矩的方向在與所述襯底平行的平面內以順時針方向或以逆時針方向發生改變。

進一步地，所述磁性自由層的磁矩的方向與所述磁性釘扎層的磁矩的方向之間的夾角為180°時，所述磁隧道結器件處于第一狀態；所述磁性自由層的磁矩的方向與所述磁性釘扎層的磁矩的方向之間的夾角為小于180°且大于90°時，所述磁隧道結器件處于第二狀態；所述磁性自由層的磁矩的方向與所述磁性釘扎層的磁矩的方向之間的夾角為90°時，所述磁隧道結器件處于第三狀態；其中，所述磁隧道結器件的第一狀態的電阻值、第二狀態的電阻值、第三狀態的電阻值依序遞減。

進一步地，所述磁性自由層的磁矩的方向與所述磁性釘扎層的磁矩的方向之間的夾角為0°時，所述磁隧道結器件處于第四狀態；所述磁性自由層的磁矩的方向與所述磁性釘扎層的磁矩的方向之間的夾角為大于0°且小于90°時，所述磁隧道結器件處于第五狀態；所述磁性自由層的磁矩的方向與所述磁性釘扎層的磁矩的方向之間的夾角為90°時，所述磁隧道結器件處于第六狀態；其中，所述磁隧道結器件的第四狀態的電阻值、第五狀態的電阻值、第六狀態的電阻值依序遞增。

進一步地，所述磁性釘扎層與所述磁性自由層為CoFeB、Py、Co、CoFe、FePt、Co/Ni中的至少一種。

進一步地，所述勢壘層為MgO、Al₂O₃、TiO₂中的一種。

進一步地，所述磁隧道結器件的形狀為圓柱狀或橢圓柱狀。

進一步地，所述磁性釘扎層或磁性自由層的厚度為0.1nm～10nm。

進一步地，所述勢壘層的厚度為1nm～5nm。

在本發明的另一方面提供了一種應變傳感器的制作方法，該方法包括：

在柔性襯底上形成第一電極層；