[發明專利]磁場傳感器及測試方法

有效

• 申請號: 202010815288.3
• 申請日: 2020-08-13
• 公開（公告）號: CN111929625B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 畢沖;劉明
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: G01R33/07
• 分類號: G01R33/07
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周天宇

本公開提供了一種磁場傳感器，應用于磁傳感器技術領域，所述磁場傳感器的襯底上沉積單層鐵磁層，所述鐵磁層內部發生自旋積累，以與所述鐵磁層的磁矩相互作用產生單向磁電阻；所述磁場傳感器為霍爾棒結構，利用所述霍爾棒結構測量所述單向磁電阻。本申請還公開了一種測試方法，單向磁電阻信號強度強，利用普通的電壓即可進行磁場全角度檢測。

技術領域

本申請涉及磁傳感器技術領域，尤其涉及一種磁場傳感器及測試方法。

背景技術

磁場傳感器在日常生活中扮演著重要角色，廣泛應用在數據存儲、物聯網、汽車、航天、儀器儀表、導航等各個領域。目前的磁場傳感器主要基于霍爾效應、各向異性磁電阻效應，巨磁電阻效應或隧穿磁電阻效應。

目前所有的磁場傳感器的探測角度范圍均為0°至180°，即輸出信號正比于sin 2α或cos 2α，α為被探測磁場的角度，因此，目前的磁性傳感器的探測角度范圍均為0°至180°，無法區分被探測的磁場角度是α還是α+180°。單向磁電阻(USMR)理論上正比于sinα或cosα，具有0°至360°的角度探測能力，但在實際樣品中，其僅存在于重金屬/鐵磁層的多層磁性薄膜中，在電流密度為10⁷A/cm²的探測電流下信號強度約為1mΩ，僅能通過鎖相放大器等高精度儀器才可以探測到。

發明內容

本申請的主要目的在于提供一種磁場傳感器，可實現0°至360°的全角度探測，同時結構簡單、信號強度強，利用普通的電壓檢測設備即可進行檢測。

為實現上述目的，本申請實施例第一方面提供一種磁場傳感器，所述磁場傳感器的襯底上沉積單層鐵磁層，所述鐵磁層內部發生自旋積累，以與所述鐵磁層的磁矩相互作用產生單向磁電阻；

所述磁場傳感器為霍爾棒結構，利用所述霍爾棒結構測量所述單向磁電阻。

可選的，所述鐵磁層的上下表面的磁非活躍層具有非對稱性。

可選的，所述鐵磁層為CoFeB、Ni、CoFe、NiFe、Fe五種材料中的一種或幾種的合金或者多層異質結，總厚度在1納米至500納米之間。

可選的，所述傳感器為霍爾棒結構，霍爾棒的寬度在10納米至1毫米之間，相鄰兩個霍爾棒的中心距離在15納米至1毫米之間。

可選的，所述鐵磁層上沉積有保護層，所述保護層為金屬氧化物；

本申請實施例第二方面提供一種測試方法，應用于本申請實施例第一方面提供的磁場傳感器，所述方法包括：

在磁場傳感器接入預設電流，讀取霍爾棒結構的電壓；

根據所述預設電流和電壓，計算所述磁場傳感器的單向磁電阻。

可選的，所述在磁場傳感器接入預設電流，讀取霍爾棒結構的電壓包括：

在磁場傳感器上施加一個正電流，讀取霍爾棒結構產生的電壓，計算在所述正電流下測量到的電阻；

在磁場傳感器上施加一個負電流，讀取霍爾棒結構產生的電壓，計算在所述負電流下測量到的電阻；

所述根據所述預設電流和電壓，計算所述磁場傳感器的單向磁電阻包括：

計算在所述正電流下測量到的電阻和在所述負電流下測量到的電阻之間的差值，得到所述磁場傳感器的單向磁電阻。

可選的，所述在磁場傳感器接入預設電流，讀取霍爾棒結構的電壓包括：

在磁場傳感器上施加一個脈沖電流，讀取霍爾棒結構產生的脈沖電壓；

所述根據所述預設電流和電壓，計算所述磁場傳感器的單向磁電阻包括：

計算所述脈沖電壓和所述脈沖電流的比值，得到所述磁場傳感器的單向磁電阻。