[发明专利]一种使用45度斜角的三维隧穿磁场传感器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于磁场探测技术领域，具体涉及一种斜角的三维隧穿磁场传感器及其制造方法。

背景技术

1974年，Slonczewski提出在铁磁层／绝缘层／铁磁层结构中存在隧道巨磁阻效应，当两铁磁层磁化方向平行或反平行时，隧道结将有不同的电阻值。铁磁层/ 绝缘层/ 铁磁层三明治结构产生自旋隧穿效应的原理是：电子隧穿非磁性层的位垒而产生隧穿电流。当两铁磁层的磁化方向平行时, 一铁磁层中的多数自旋子带的电子将进入另一铁磁层的多数子带的空态, 同时少数自旋子带的电子也从一个铁磁层进入另一个铁磁层少数子带的空态, 此时, 隧穿几率大。当两铁磁层的磁化方向反平行时, 则一铁磁层中的多数自旋子带的电子的自旋与另一个铁磁层的少数自旋子带的电子的自旋平行, 这时, 一铁磁层中的多数自旋子带的电子将进入另一铁磁层的少数子带的空态, 及少数自旋子带的电子也从一个铁磁层进入另一个铁磁层多数子带的空态, 隧穿几率小。由此可见, 隧道电导与两铁磁层磁化矢量的相对方向有关。

目前，主要的三维磁场传感器通常是由一个一维磁场传感模块和一个二维磁场传感模块拼接而成，这种方法不仅成本高、稳定性和一致性差，而且会导致三维磁场传感器的体积比较大、所测到的不同纬度的磁场不能局限于较小的范围内，不利于测量设备向小型化、集约化的方向发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于隧道巨磁阻效应的，使用45度斜角的三维磁场传感器结构，可以减小三维磁场传感器的体积，以利于测量设备向小型化、集约化的方向发展。

本发明提供的一种使用45度斜角的三维隧穿磁场传感器，主要为在半导体衬底内形成的，两个相对的侧壁均与所述半导体衬底表面成45度斜角的凹槽或者凸台结构；

在所述的凹槽或者凸台的第一个侧壁上设置第一隧道巨磁阻模块；

在所述的凹槽或者凸台的第一个侧壁上设置第二隧道巨磁阻模块，如图2或图4所示；或者在所述的凹槽的底部或者凸台的顶部设置第二隧道巨磁阻模块，如图1或图3所示；

在所述的凹槽或者凸台的第二个侧壁上设置第三隧道巨磁阻模块；

所述的第二隧道巨磁阻模块所测磁场的方向垂直于所述的凹槽或者凸台的横截面；

所述的第一隧道巨磁阻模块、第三隧道巨磁阻模块所测磁场的方向均平行于各自所处的侧壁表面且均垂直于所述的第二隧道巨磁阻模块所测磁场的方向。

所述的凹槽包括两个均与所述半导体衬底表面成45度斜角的侧壁以及一个连接所述的两个侧壁的、平行于半导体衬底的底壁；在所述的凹槽的第一个侧壁上形成有第一隧道巨磁阻模块，在所述的凹槽的底壁上形成有第二隧道巨磁阻模块，在所述的凹槽的第二个侧壁上形成有第三隧道巨磁阻模块。

所述的凹槽由两个均与所述半导体衬底表面成45度斜角的侧壁构成；在所述的凹槽的第一个侧壁上形成有第一隧道巨磁阻模块和第二隧道巨磁阻模块，在所述的凹槽的第二个侧壁上形成有第三隧道巨磁阻模块。

所述的凸台包括两个均与所述半导体衬底表面成45度斜角的侧壁以及一个连接所述的两个侧壁的顶壁；在所述的凸台的第一个侧壁上形成有第一隧道巨磁阻模块，在所述的凸台的顶壁上形成有第二隧道巨磁阻模块，在所述的凸台的第二个侧壁上形成有第三隧道巨磁阻模块。

所述的凸台由两个均与所述半导体衬底表面成45度斜角的侧壁构成；在所述的凸台的第一个侧壁上形成有第一隧道巨磁阻模块和第二隧道巨磁阻模块，在所述的凸台的第二个侧壁上形成有第三隧道巨磁阻模块。

本发明还提供了上述使用45度斜角的三维隧穿磁场传感器的制造方法，其具体步骤如下：

采用湿法刻蚀的方法刻蚀半导体衬底形成具有两个均与所述半导体衬底表面成45度斜角的相对的侧壁的凹槽或者凸台结构；

在外加磁场作用下淀积隧道巨磁阻材料并采用lift-off工艺在所形成的凹槽或者凸台的第一个侧壁上形成第一隧道巨磁阻模块；

在外加磁场作用下淀积隧道巨磁阻材料并采用lift-off工艺在所形成的凹槽或者凸台的第一个侧壁、或者在所形成凹槽的底部或者凸台的顶部形成第二隧道巨磁阻模块；

在外加磁场作用下淀积隧道巨磁阻材料并采用lift-off工艺在所形成的凹槽或者凸台的第二个侧壁上形成第三隧道巨磁阻模块。

其中，