[发明专利]一种软磁薄膜平面线圈复合磁传感器及其制备方法

说明书

本发明提供一种软磁薄膜平面线圈复合磁传感器及其制备方法，在两层软磁材料层之间设置至少一平面线圈结构，所述软磁材料层和所述平面线圈结构依次层叠布设，贴合固定；两层所述软磁材料层均完全覆盖所述平面线圈结构；所述平面线圈结构包括绝缘基层、平面线圈导体和绝缘层；所述平面线圈导体固定在所述绝缘基层上，所述平面线圈导体表面涂覆所述绝缘层；所述软磁材料层的厚度大于所述平面线圈导体的宽度。本发明采用软磁薄膜带材制备软磁薄膜，薄膜和平面线圈复合构成磁传感器，工艺简单，制备方便，充分利用软磁非晶、软磁纳米晶薄膜带材材料的优良磁性能，制备的磁传感器具有高敏感度和低噪声性能。

技术领域

本发明涉及磁传感器领域，具体涉及一种软磁薄膜平面线圈复合磁传感器及其制备方法。

背景技术

软磁材料在磁场中产生磁极化，磁极化率随磁场变化，利用这一特性，可以用软磁材料制作磁场传感器。例如用非常软的剩余磁场几乎为零的高极化率材料非晶丝、非晶薄膜可以产生巨磁阻抗效应。

非晶合金没有晶态合金的晶粒、晶界存在，已经发现铁基、钴基合金材料的非晶态具有非常优秀的导磁性能，初始磁导率在几万到几十万。

在非晶合金的基础上通过热处理获得的纳米晶结构的纳米晶软磁合金，具有更加优异的软磁性能。由于形成过程和加工方式的限制，软磁非晶，纳米晶只能够形成微丝(直径小于0.1mm)、薄膜带(厚度小于0.1mm)这样的材料形态。

由于软磁非晶、纳米晶也是导体，所以可以对其直接施加电流，由电极化引起磁极化，通过磁阻抗效应，可以传感磁场。但是直接将电场施加到软磁材料形成磁传感器，存在弊端：1)软磁导率的电阻率较金、银、铜等良导体更高，产生更多的焦耳热，不仅使得传感器的功耗增大而且噪声水平增加；2)电极化频率越高，磁阻抗效应越明显，但是软磁材料的磁极化性能(磁导率)往往随频率下降。

有技术提出在非晶丝上绕线圈，在同样的电流激励下，增大电极化强度以提高电磁感应效果，在低频时也能得到明显的磁抗效应，即线圈的电感随着施加磁场变化。但是，在软磁材料丝上绕线圈，需要立体加工工艺，而且由于软磁丝的体积限制，电感量和电感变化量都非常小，对应用产生限制。

用软磁材料覆盖金属导体，流经导体的电流会在磁材料中产生磁通，因此磁材料会增强导体的电感量。导体的电感L由空气中磁通引起的电感L_air和软磁材料中磁通引起的电感L_sm组成，L＝L_air+L_sm。

设平面线圈导体的上下表面被等尺寸的绝缘层和软磁材料层覆盖，平面线圈导体的宽为w，软磁材料层的厚度为t_m，电流沿导体长度方向流动，L_sm∝t_m/w，所以t_m/w越大，则电感L_sm越大，那么总电感值随着相对磁导率的变化也越大。如果软磁材料层的厚度t_m小于导体的宽度w，则电感L_sm非常小，表明这时软磁层对电感的影响就会非常弱，电感量对外磁场的变化不敏感。

现有技术的磁传感器多数采用微加工和磁控溅射技术形成一体化平面结构元器件，微加工的导体线条宽度都在微米及以上量级，而磁控溅射等微加工表面沉积工艺制作的磁薄膜层厚度普遍在亚微米量级，所以如果全部采用现有微加工工艺来制作平面线圈磁性薄膜复合磁传感器，t_m/w很低，导致磁灵敏度会非常低，甚至完全测不到电感量随外磁场的变化。

发明内容

为解决磁灵敏度低，软磁材料层的厚度和平面线圈导体的宽度受工艺限制，及功耗大的技术问题，本发明的目的在于提供一种软磁薄膜平面线圈复合磁传感器及其制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：