[实用新型]一种单芯片具有校准线圈/重置线圈的高强度磁场X轴线性磁电阻传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及磁性传感器领域，特别涉及一种单芯片具有校准线圈/重置线圈的高强度磁场X轴线性磁电阻传感器。

背景技术

硅磁传感器主要包括Hall磁传感器、AMR磁传感器、GMR磁传感器。Hall磁传感器通过在衬底上沉积半导体薄膜如碲化铟，通过外磁场对于载流子的路径的偏转来获得不同的阻值，其优点在于，Hall磁电阻传感器所能测量的磁场范围较宽，其缺点在于，磁场灵敏度较低，通常需要引入通量集中器来对外磁场进行放大。AMR磁传感器在衬底上沉积单层磁性薄膜，通过外磁场改变磁性薄膜的磁矩方向，从而改变其两端的电阻，其传感单元和电极均制备成斜条状，以使得电流方向和磁场方向成一定夹角，从而能够对磁场方向进行辨别，其优点在于，传感器单元简单，只有一层薄膜，其缺点在于，传感器磁场变化率较低，灵敏度差。GMR多层薄膜磁传感器是通过磁性薄膜和导电薄膜构成纳米多层薄膜结构形成的磁电阻传感器，通过改变磁性薄膜层的磁化方向，通过磁场对载流子在通过多层薄膜时对磁性载流子路径的改变来改变电阻，其磁电阻变化率相对于AMR传感器得到进一步的提高。

与以上技术相比，TMR磁性多层薄膜传感器，通过引入参考磁性层、钉扎层、非金属隔离层以及磁性自由层，通过外磁场来控制自由层的磁化方向，从而改变磁性自由层的两种自旋电子的相对比率，使得从参考自由层隧穿进入磁性自由层的电流变化，导致传感器的电阻发生变化，其磁电阻变化率可以达到200％，远远高于Hall，AMR以及GMR类型的磁电阻传感器。

目前，硅磁三轴线性磁电阻传感器在消费电子产品如手机、平板电脑等电子产品中得到广泛的应用，三轴线性磁电阻传感器包括X轴线性磁电阻传感器、Y轴线性磁电阻传感器、Z轴线性磁电阻传感器，但目前为止，这些传感 器主要以Hall、AMR或者GMR为主。

因此，为了拓展TMR磁电阻传感器的应用领域和范围，本实用新型提出了一种单芯片具有校准线圈/重置线圈的高强度磁场X轴线性磁电阻传感器，其具有优良的线性范围和磁场灵敏度，完全可以取代目前的Hall、AMR或者GMR类型的X轴线性磁电阻传感器。

实用新型内容

本实用新型提出了一种单芯片具有校准线圈/重置线圈的高强度磁场X轴线性磁电阻传感器，在芯片上引入校准线圈/重置线圈，通过在校准线圈中通过适当电流，在敏感磁电阻单元串和参考磁电阻单元串所在位置分别沿X方向产生校准磁场，并且实现通过校准电流的调节实现校准磁场大小的精确调节，由于校准线圈位于所述X轴传感器芯片上，因此测量时只需要通过探针即可以施加电流的方式进行测量，从而提高了测量的效率，并且保证了测量的精度。

同样，当X轴磁电阻传感器受外磁场作用发生不可逆的磁化状态改变时，可以在重置线圈中通入电流，在所有磁电阻传感单元处产生沿自由层起始磁化方向的外磁场，从而对自由层磁化状态进行恢复，消除由于磁场作用历史对软磁薄膜磁化状态的影响。

本实用新型所提出的一种单芯片具有校准线圈/重置线圈的高强度磁场X轴线性磁电阻传感器，其特征在于，包括高强度磁场单芯片参考桥式X轴磁电阻传感器、校准线圈和/或重置线圈；

所述高强度磁场单芯片参考桥式X轴磁电阻传感器包括位于衬底之上交错排列的参考磁电阻传感单元串和敏感磁电阻传感单元串，以及长条形软磁通量引导器，所述软磁通量引导器包括屏蔽器和衰减器，所述参考磁电阻传感单元串和敏感磁电阻传感单元串分别位于所述屏蔽器和所述衰减器表面的Y轴中心线位置，所述参考磁电阻传感单元串和敏感磁电阻传感单元串电连接成参考桥式结构，敏感方向为X轴方向，所述参考磁电阻传感单元串和敏感磁电阻传感单元串均包括多个磁电阻单元；

所述校准线圈为平面线圈，包括平行且串联连接的分别对应于所述参考磁电阻传感单元串和敏感磁电阻传感单元串的参考直导线和敏感直导线，所述参 考直导线和所述敏感直导线分别在所述参考磁电阻传感单元串和敏感磁电阻传感单元串位置处沿磁电阻传感单元敏感方向产生参考校准磁场和敏感校准磁场；

所述重置线圈包括多个垂直于所述敏感磁电阻传感单元串和参考磁电阻传感单元串的重置直导线，并在所有磁电阻传感单元串处沿垂直于敏感方向产生相同重置磁场；

校准时，所述校准线圈中通过校准电流，在所述敏感磁电阻传感单元串和参考磁电阻传感单元串处分别产生X向敏感校准磁场和参考校准磁场，通过测量所述X轴磁电阻传感器的输出信号，从而实现校准功能；重置时，在所述重置线圈中通过重置电流，在所述每个磁电阻传感单元处沿Y向产生重置磁场，从而实现磁电阻传感单元的磁状态恢复。