[发明专利]一种新型谐振巨磁阻抗效应磁敏感器件

说明书

技术领域

本发明涉及磁传感器领域，具体来说，是一种利用谐振结构增强巨磁阻抗效应的磁敏感结构和器件。

背景技术

磁传感器一直在现代技术中承担着重要角色，并广泛应用于工程工业领域，如生物磁测量、地磁导航、地球勘探、高密度磁记录系统、移动电话等。用来实现磁传感器的原理有很多，例如霍尔效应、磁阻效应、巨磁阻效应、巨磁阻抗效应、核进动、超导量子干涉仪、磁弹性效应等。超导量子干涉仪是目前商品化的精度最高的磁传感器，但因造价昂贵，难以小型化，限制了其应用范围。随着先进集成电路技术和商品化电子市场的发展，小型化、低成本、高灵敏度的传感器获得了更多的关注。近年来，巨磁阻抗效应（GMI）磁传感器顺应了这一发展趋势，并且适用于MEMS技术。

人们对GMI磁传感器进行了深入的研究，相继在非晶带、纳晶丝(带)、薄膜、三明治/多层膜结构以及复合结构等材料中均发现了GMI效应，这为GMI效应在传感器的实际应用有了更多的材料选择。对与GMI磁敏感器件的激励方式和信号获取方式也进行了广泛的研究，主要包括正弦波和方波激励研究，偏置磁场、偏置电流等构成的非对称巨磁阻抗效应（AGMI）研究，以及采用阻抗相位测量方式的研究。有报道称，阻抗相位测量方式比传统的阻抗幅值测量更有优势。除此之外，研究表明，采用LC谐振结构可以进一步增强巨磁阻抗效应。商业化非晶丝的阻抗变化率可以达到1200%，据有关报道LC谐振增强的巨磁阻抗磁传感器的阻抗变化率可以达到400000%，约是前者的333倍。这种LC谐振巨磁阻抗器件是采用微加工工艺制出微型线圈，在其内部放入非晶材料，然后与电容并联制成的。这种加工工艺相对复杂，涉及到加工工艺包括涂膜、光刻、电镀等工艺，制备成本较高。

发明内容

本发明通过对谐振结构对巨磁阻抗效应的增强进行了研究，采用商业化的CoFeSiB非晶带和电容制作了谐振巨磁阻抗磁敏感器件，方式简单，且制作成本低。

谐振有两种方式，分别为并联谐振和串联谐振。两种谐振电路均包含电容器件和电感器件。串联谐振电路和并联谐振电路在某些方面有着截然相反的作用。本发明应用的是并联谐振电路。在某一特定的频率，电路的相位为零，整个电路呈纯电阻性，达到谐振状态。电路的品质因子Q越大，谐振峰越尖锐，现象越明显。谐振电路在实际中有着重要的应用，例如在振荡器和滤波器电路中并联谐振电路往往是其中的主要的组成部分。本发明是利用并联谐振电路来提高磁传感器的灵敏度。

本发明将CoFeSiB非晶带等效为由一个电感和一个电阻串联组成，电感用Ls表示，电阻用Rs表示，电容C并联在非晶带的两端。使用阻抗分析仪HP4294A分别测出电感Ls和电阻Rs。Ls和Rs的值与频率有关，因此等效电感和等效电阻更确切的表示符号应为Ls(f)和Rs(f)，其中f为测量频率。在构造谐振电路前，需要首先选择出想要的谐振频率f₀，然后根据公式（1）算出谐振频率为f₀时的匹配电容C的电容值，且应保证否则公式（1）没有意义。。将该匹配电容C并联在非晶带的两端便可以构成谐振频率为f₀的谐振电路。