[发明专利]磁场感测装置及方法

说明书

本发明提供一种磁场感测装置及方法，该磁场感测装置包含：一固定层，其具有一第一磁化方向；一分析层，其具有一第二磁化方向，其中该第一及该第二磁化方向两者间呈一角度；以及一磁性感测层，其在该分析层与该固定层之间；该磁场感测方法包含：提供具有一第一磁化方向的一固定层；提供具有一第二磁化方向的一分析层，其中该第一及该第二磁化方向两者间呈一角度；以及在该分析层与该固定层之间提供一磁性感测层。

技术领域

本发明关于一种磁场感测装置及方法，特别是关于一种磁穿隧接面感测器及利用磁穿隧接面感测磁场的方法。

背景技术

现有技术的利用磁穿隧接面的磁场感测器，分为测量水平方向与垂直方向外部磁场的两种结构，分别如图1(a)、(b)所示。图1(a)、(b)中的磁场感测器均包含一参考层(亦称固定层(pinned layer))110、一间隔层(spacer)120、一感测层(sensing layer，亦称自由层(free layer))130，且在无外部磁场时参考层110与感测层130的磁化方向均为互相垂直。以M表示感测层130的磁化向量。为了测量水平方向(xz-平面)的外部磁场H_ext，图1(a)中的磁场感测器的参考层110的磁化向量M_p的方向为水平方向(图中的x轴方向)，感测层130的易磁化轴(easy axis)140在y(垂直坐标轴)方向。外部磁场H_ext在平行(P)与反平行(AP)组态之间将M推离易磁化轴140，产生穿隧磁阻(TMR)输出信号，通过M_p的帮助读出。为了测量垂直方向的外部磁场H_ext，图1(b)中的磁场感测器的参考层110的磁化向量M_p的方向为y方向，感测层130的易磁化轴150在x方向。垂直方向的外部磁场H_ext同样在平行(P)与反平行(AP)组态之间将M推离易磁化轴150，产生TMR输出信号，通过M_p的帮助读出。由于测量同一磁场的水平分量与垂直分量需要两种不同的结构，使用起来很不方便。

本发明的目的在于提供一种磁场感测装置及方法，可以用同一种结构测出水平与垂直方向的外部磁场，使用上就方便多了。

发明内容

本发明的一构想在于提供一种磁场感测器，该感测器包含一固定层，其具有一第一磁化方向；一分析层，其具有一第二磁化方向，其中该第一及该第二磁化方向两者间呈一角度；以及一磁性感测层，其在该分析层与该固定层之间。

根据上述构想，该磁场感测器还包括一第一间隔层与一第二间隔层，其中该第一间隔层在该固定层与该磁性感测层之间，该第二间隔层在该磁性感测层与该分析层之间，其中该磁性感测层具有一易磁化轴。对该磁场感测器施加自旋极化电流(spin-polarizedcurrent)，其电流密度为j，当j为0时，该易磁化轴在一垂直方向，该垂直方向与该第一磁化方向及该第二磁化方向所决定的平面垂直，当j不为0时，该易磁化轴受到自旋极化电流的自旋矩转移(spin-torque transfer)效应而偏离垂直方向，并且随着j的改变，在该第二磁化方向与该垂直方向所决定的平面上改变该易磁化轴与该垂直方向之间的角度。当j为0时，可以测量水平方向的磁场；当j不为0，该易磁化轴偏离该垂直方向时可以测量垂直方向的磁场。根据上述构想，其中该固定层、该磁性感测层、该分析层为金属的磁性层。

根据上述构想，其中该第一间隔层、该第二间隔层为非磁性层，其为金属或氧化材料。

根据上述构想，其中该固定层与该分析层中的磁化方向由相邻的钉扎层所固定。

根据上述构想，其中该钉扎层为反铁磁层。

本发明的另一构想在于提供一种磁场感测器，该感测器包含：一固定层，其具有一第一磁化方向；一分析层，其具有一第二磁化方向；以及一感测层，其设在该分析层与该固定层之间，并具一易磁化轴，其中该第二磁化方向与该易磁化轴两者间呈一角度。