[发明专利]一种薄膜磁阻传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种传感器，尤其是一种薄膜磁阻传感器，具体地说是一种用于磁场中电流、位置、移动角度，角速度等量检测的传感器。

背景技术

薄膜磁阻传感器广泛应用于数据存储(计算机硬盘，MRAM)、电流测量、位置测量、物体的移动速度、角度及角速度等测量领域。

薄膜磁阻传感器有多层膜结构及自旋阀结构。所述薄膜磁阻传感器的多层膜结构包括磁性层和非磁性层，它们交替的沉积在衬底上。所述薄膜磁阻传感器的自旋阀结构包括非磁性钉扎层(其材料包括MnIr或MnPt)，磁性被钉扎层(其材料包括CoFeB或CoFe，或是SAF结构CoFe/Ru/CoFe等)，非磁性隔离层(其材料包括Cu、AlO、MgO、HfO、ZrO或TaO等)，磁性自由层(其材料包括CoFeB或CoFe，或是SAF结构CoFe/Ru/CoFe等)。

薄膜磁阻传感器在对磁场中的模拟量进行检测时，由于磁性材料本身有磁滞现象，测量时有回程差，影响到薄膜磁阻传感器测量的精度和线性度。为了避免这种现象，通常采用如下方法进行调整：1，利用磁性材料的形状各项异性提供一个垂直于外界待测磁场偏置磁场；2，在薄膜磁阻传感器元件的周围，沉积一层永磁薄膜，通过永磁薄膜提供一个垂直于外界待测磁场偏置磁场(计算机硬盘采用此方案)；3，在薄膜磁阻传感器元件的周围，沉积一根电流线，通过电流提供一个偏置磁场。

采用第1种方法的特点是：工艺简单，但是形状各项异性提供的偏置磁场有限，并且限制了芯片的设计。采用第2种方法的特点是：偏置磁场的大小可由调解永磁薄膜的成分及厚度而改变，但是在实际应用中要避免大的外磁场的干扰，如果有大磁场的干扰，会改变偏置磁场的方向，从而影响传感器的性能。采用第3种方法的特点是：偏置磁场的大小可由改变电流的大小来调解，但是传感器的功耗会很大。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种薄膜磁阻传感器，其磁滞小、测量精度和线性度高、线性范围可调、制作工艺简单、响应频率高、制造成本低及抗干扰能力强。

按照本发明提供的技术方案，所述薄膜磁阻传感器，包括种子层；参考层，位于种子层上，产生第一交换耦合场；非磁性隔离层，位于参考层上，将参考层与自由层相隔离；自由层，位于非磁性隔离层上，感应外磁场变化，并产生第二交换耦合场，所述第二交换耦合场与第一交换耦合场互相垂直。

所述自由层上设置保护层。所述参考层包括第一非磁性钉扎层与第一磁性被钉扎层；所述第一非磁性钉扎层位于种子层上，第一磁性被钉扎层位于第一非磁性钉扎层上；所述第一非磁性钉扎层与第一磁性被钉扎层间产生第一交换耦合场。所述自由层包括第二磁性被钉扎层与第二非磁性钉扎层；所述第二磁性被钉扎层位于非磁性隔离层上，第二非磁性钉扎层位于第二磁性被钉扎层上；所述第二磁性被钉扎层与第二非磁性钉扎层间产生第二交换耦合场。

所述非磁性隔离层的材料包括Cu、AlO、MgO、HFO、ZrO或TaO。所述第一非磁性钉扎层与第二非磁性钉扎层的材料包括MnIr或MnPt。所述保护层的材料包括Ta、Pt或Ti。所述第一磁性被钉扎层与第二磁性被钉扎层的材料包括CoFeB、CoFe、NiFe或CoFe、Ru与CoFe形成的复合层。

本发明的优点：通过在种子层上设置参考层与自由层，通过自由层感应外磁场的变化；所述参考层与自由层产生的第一交换耦合场与第二交换耦合场相垂直，降低了磁滞，提高了磁阻传感器的测量精度和线性度工艺。所述第一交换耦合场与第二交换耦合场通过加工厚度及回火工艺的不同，在遇到大磁场干扰时，抗干扰能力强，实施工艺简单，不会影响磁阻传感器的性能，且不会增大传感器的功耗。通过调节参考层与自由层的厚度，能够有效调整传感器的测量线性范围，相应频率高，制造成本低。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的工作原理示意图。

图3为本发明在半桥使用状态连接原理图。

图4为图3的工作原理示意图。

图5为本发明在全桥使用状态连接原理图。

图6为图5的工作原理示意图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示：本发明包括种子层1、第一非磁性钉扎层2、第一磁性被钉扎层3、非磁性隔离层4、第二磁性被钉扎层5、第二非磁性钉扎层6及保护层7。