[发明专利]自旋阀磁阻传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁阻传感器的结构，尤其涉及一种自旋阀磁阻传感器的结构。

背景技术

图1A为现有的一种自旋阀磁阻传感器(spin-valve magnetoresistance sensor)的示意图。其中自旋阀磁阻传感器100主要包括第一对自旋阀磁阻构造101、103，与第二对自旋阀磁阻构造102、104，其彼此之间电性连接配置成惠斯登电桥(Wheatstone bridge)，并包括输入电压端点121、参考电压端点122、第一输出电压端点123(输出电压V1)与第二输出电压端点124(输出电压V2)。其中第一对自旋阀磁阻构造101与103用以感测磁场H+、H-的变化以产生磁阻信号；而第二对自旋阀磁阻构造102与104则用以提供参考电阻值。两对自旋阀磁阻构造101、102、103、104均具有相同的磁阻构造，其结构剖面如图1B所示，包括偏压层(exchange bias layer)116、固定层(pinned layer)112、间隔层(spacer)118和自由层(free layer)114。两组自旋阀磁阻构造的固定层112的磁化方向106均相同，平行于感测外加磁场轴向，并和在外加磁场为零时自由层114的磁化方向108夹90度角。现有磁阻传感器测量外加磁场变化时，需在第二对自旋阀磁阻构造102和104上覆盖遮蔽层110，使第二对自旋阀磁阻构造102和104的自由层114的磁化方向108与电阻值R12在外加磁场被屏蔽的状态下保持近乎固定。相反的，在无遮蔽层110的状态下，外加磁场会使第一对自旋阀磁阻构造101和103中自由层114的磁化方向108产生变化，因而改变与固定层112磁化方向106的夹角，产生电阻值R11的改变，进一步改变惠斯登电桥的输出电压(V1、V2)。这种现有的自旋阀磁阻传感器需要在提供参考电阻的第二对自旋阀磁阻构造102和104上覆盖遮蔽层110，增加制程上的复杂度。

图2A为另一种现有的自旋阀磁阻传感器的示意图。同样的，自旋阀磁阻传感器200呈现惠斯登电桥架构，包括第一对自旋阀磁阻构造201、203，与第二对自旋阀磁阻构造202、204，并包括输入电压端点221、参考电压端点222、第一输出电压端点223(输出电压V1)与第二输出电压端点224(输出电压V2)。与上述现有自旋阀磁阻传感器的差异，在于两对自旋阀磁阻构造201、203、202、204均用以感测磁场变化以产生磁阻信号。两对自旋阀磁阻构造201、202、203、204均具有相同的磁阻构造，其结构剖面如图2B所示，自旋阀磁阻构造包括偏压层214、固定层210、间隔层216和自由层212。请参考图2A，第一对自旋阀磁阻构造201与203具有相同的固定层磁化方向206；而第二对自旋阀磁阻构造202与204具有另一相同的固定层磁化方向207。磁化方向206与磁化方向207呈180度相反方向，同时平行于感测外加磁场轴向。而两对自旋阀磁阻构造具有相同的自由层磁化方向208，在外加磁场为零时自由层磁化方向208与固定层磁化方向206、207互相垂直，但自由层磁化方向208与固定层磁化方向206、207之间夹角角度会随外加磁场而改变。为了使固定层呈现反平行的两种磁化方向，需在两对自旋阀磁阻构造201、203、202、204上分别配置磁化方向调整线圈，在高温下通电流产生磁场，藉以控制固定层磁化方向206与207成反平行呈180度夹角。外加磁场会使自由层磁化方向208改变，导致和固定层磁化方向206的夹角也产生变化，引起第一对自旋阀磁阻构造201、203中电阻值R21的改变。同样的外加磁场也会改变自由层磁化方向208和固定层磁化方向207的夹角，使得第二对自旋阀磁阻构造202、204的电阻值R22产生变化。由于自由层磁化方向208与固定层磁化方向206、207在外加磁场下有不同的夹角变化，导致电阻值R21与R22的不同，进一步改变惠斯登电桥的输出电压(V1、V2)。这种现有的自旋阀磁阻传感器实施的困难在于自旋阀磁阻构造的运作必须搭配磁化方向调整线圈，并在高温下通电流进行固定层磁化方向的控制，如此大大增加了制程上的困难度与复杂度。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的就是在于提供一种自旋阀磁阻传感器，其具有较简单的制程。