[实用新型]单一芯片推挽桥式磁场传感器

说明书

技术领域

该实用新型涉及一种磁场探测用的传感器，尤其为一种单一芯片推挽桥式磁场传感器。 

背景技术

磁性传感器主要用于磁场的方向、强度和位置探测。以磁电阻为敏感元件的推挽桥式磁场传感器具有偏移低，灵敏度高以及温度稳定性良好的优点。磁性隧道结元件（MTJ, Magnetic Tunnel Junction）是近年来开始工业应用的一种磁电阻元件，它利用的是磁性多层膜材料的隧道磁电阻效应（TMR, Tunnel Magnetoresistance），主要表现为磁电阻元件的阻值随外场的大小和方向的变化而发生变化。以MTJ元件为传感元件的磁场传感器比目前广泛应用的AMR（各向异性磁电阻效应）元件、霍尔效应材料以及GMR（巨磁电阻效应）元件制成的磁场传感器具有灵敏度高，功耗低，线性度好，动态范围宽，温度特性好，抗干扰能力强的优点，此外，MTJ元件还能方便地集成到现有的芯片微加工工艺中，便于制成体积很小的集成磁场传感器。 

推挽桥式传感器具有比单电阻、参考桥式传感器更高的灵敏度，同时具有温度补偿功能，能够抑制温度漂移的影响。传统的MTJ或GMR推挽式桥式传感器要求相邻两个桥臂电阻中的自旋阀元件的钉扎层磁化方向相反，而通常沉积在同一基片上的MTJ或GMR元件，由于其磁矩翻转所需要的磁场强度大小相同，因此在同一个基片上的磁性元件的钉扎层磁化方向通常都相同，这使得制作推挽桥式传感器存在很大困难。目前制作推挽留桥式传感器的方法主要有： 

（1）两次成膜工艺：分两次分别沉积钉扎层磁化方向相反的MTJ或GMR元件。该方法制作工艺复杂，同时第二次工艺进行退火时会明显影响第一次沉积的薄膜。这使得前后两次成膜的一致性差，导致桥式传感器不同桥臂的电阻不相同，影响传感器的整体性能；

（2）多芯片封装技术：从同一晶圆或是不同晶圆取两个一致性好的磁电阻，这两个磁电阻的敏感方向相同（钉扎层磁化方向相同），然后将其中一个相对另一个磁电阻翻转180°进行多芯片封装，构成推挽式半桥。该方法能够实现推挽式半桥的功能，即提高了检测灵敏度，具有温度补偿功能，但是另一方面多芯片封装，封装尺寸大，生产成本高；实际封装时不能严格的进行180°翻转，即两个电阻的灵敏度方向不是严格的相差180°，使得两个电阻随外场变化的输出特性不相同，出现灵敏度不同，存在比较大的偏置电压等不对称问题，这样在实际应用中就会带来新的问题；

（3）激光加热辅助磁畴局部翻转法：通常在基片上制备MTJ或GMR全桥时，采用将MTJ或GMR晶圆在同一强磁场中退火来使不同桥臂的钉扎层磁化方向相同。之后采用激光对晶圆进行局部加热辅助磁矩翻转，使得桥式传感器相邻桥臂的钉扎层磁化方向相反，从而实现单一芯片的桥式传感器。该方法需要专用设备，设备昂贵，增加了工艺复杂度，同时激光加热所制得的桥式传感器，其各桥臂的电阻一致性也无法得到保证。

从以上可以看出，现有的单一芯片桥式传感器都存在整体性能无法保证，生产成本高等缺点。 

发明内容

本实用新型提供了一种可以大规模制造，可根据应用需求设计的一种单一芯片推挽桥式磁场传感器，它包括多个桥式连接的磁电阻元件，每个磁电阻元件包括具有敏感方向的敏感元件，敏感元件为MTJ元件、AMR元件或GMR元件，所述每个磁电阻元件的两侧设置有用于对所述磁电阻元件的磁化方向进行偏置的一对永磁体。 

优选地，每个永磁体的长度大于该对永磁体之间的宽度以减小每对永磁体之间产生的边缘化效应。 

优选地，每个永磁体具有最靠近相对应磁电阻元件的边界边，该边界边与所述的单一芯片推挽桥式磁场传感器的敏感方向呈一夹角，该夹角为锐角或钝角。 

优选地，位于磁电阻元件两侧的永磁体产生一永磁偏置场，该永磁偏置场具有一永磁偏置方向。 

优选地，通过设置永磁体的厚度以改变永磁偏置场的强度。 

优选地，每个永磁体具有最靠近相对应磁电阻元件的边界边，通过设置永磁体的充磁方向和所述永磁体的边界边所成的夹角以改变永磁偏置场的强度。 

优选地，所述该对永磁体具有产生均匀磁偏置场的形状。 

优选地，所述磁电阻元件之间相互平行排布。 

优选地，所述磁电阻元件的周围设置有用于预设和校准输出偏移的通电线圈，所述磁电阻元件和通电线圈之间相绝缘。 

附图说明

图1是一个隧道结磁电阻（MTJ）元件的示意图。 

图2是MTJ元件的理想输出曲线图。 

图3是MTJ元件串联而形成一个等效MTJ磁电阻的示意图。