[发明专利]一种使用45度角的三维隧穿磁场传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发属于磁场探测技术领域，具体涉及一种三维隧穿磁场传感器及其制备方法。

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

发明的目的在于提出一种体积小、成本低、稳定性高的基于隧道巨磁阻效应的三维磁场传感器及其制备方法，具体为一种使用45度角的三维隧穿磁场传感器。 

本发明提出的使用45度角的三维隧穿磁场传感器，其主要为一个在半导体衬底上，通过四个与该半导体衬底表面呈45度斜角的侧壁互相相交围合，形成的凹槽或者凸台结构；所述侧壁与半导体衬底的交线围合成矩形或方形，如图1~图4所示；

在所述的凹槽或者凸台的第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁、第四侧壁上分别形成有第一隧道巨磁阻模块、第二隧道巨磁阻模块、第三隧道巨磁阻模块和第四隧道巨磁阻模块；

所述每个隧道巨磁阻模块所测磁场方向均平行于各自所在的侧壁表明且垂直于该侧壁与所述半导体衬底表面的交线。

所述的使用45度角的三维隧穿磁场传感器，所述的凹槽或者凸台的四个侧壁相交形成一条交线；即一组相对两个侧壁为梯形,另一组相对两个侧壁为三角形；如图2、图4所示。

所述的使用45度角的三维隧穿磁场传感器，所述的凹槽或者凸台的四个侧壁所在的平面与与所述半导体衬底表面平行的一个平面相交形成四条交线，所述四条交线相交构成一个矩形或者正方形；即四个侧壁为梯形；如图1、图3所示；。

本发明所述的使用45度角的三维隧穿磁场传感器的制备方法，其具体步骤包括：

采用湿法刻蚀的方法刻蚀半导体衬底形成包含有四个均与所述半导体衬底表面成45度斜角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二个侧壁上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三个侧壁上形成第三隧道巨磁阻模块；

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四个侧壁上形成第四隧道巨磁阻模块。

所述的使用45度角的三维隧穿磁场传感器的制造方法，所形成的凹槽或者凸台的四个侧壁相交形成一条交线，即一组相对两个侧壁为梯形,另一组相对两个侧壁为三角形的立方体如图2、图4所示。

所述的使用45度角的三维隧穿磁场传感器的制造方法，所形成的凹槽或者凸台的四个侧壁所在的平面分别与与所述半导体衬底表面平行的一个平面相交形成四条交线，所述四条交线相交构成一个矩形或者正方形。

本发明将用于测量不同纬度磁场的四个隧道巨磁阻模块置于一个使用45度斜角的凹槽或者凸台结构的侧壁之上形成三维隧穿磁场传感器，使得三维磁场传感器的体积减小、用于测量不同维度磁场的磁阻传感模块更为集中，从而使得三维磁场传感器可以更加灵活地运用到导航系统、磁场测量系统以及测量各种基于磁场的其他物理量的设备中。

附图说明

图1a、2a、3a、4a为本发明所提供的使用45度角的三维隧穿磁场传感器的四个实施例的俯视图。