[发明专利]一种TMR全桥磁传感器及其制备方法

说明书

一种TMR全桥磁传感器，包括：基片、一次制备于所述基片上的4组TMR单元、一次制备于所述基片上的永磁层对，所述永磁层对为所述TMR单元提供偏置场；4组TMR单元桥式连接形成全桥结构；相邻的TMR单元的永磁层对的矫顽场不同，相对的TMR单元的永磁层对的矫顽场相同。本发明采用矫顽场不同的永磁层为不同的TMR单元提供偏置场，从而通过特定方式的充磁后，得到磁化方向相反的两种永磁层，可以使不同位置的TMR单元的自由层的磁矩方向有所不同，使得对应位置上的TMR单元对同一敏感方向有相反的响应，对外加场形成相反的磁阻相应趋势，动态范围更宽，并且可以在单一芯片上构成全桥结构，大大降低了生产工艺的难度和成本。

技术领域

本发明涉及一种磁场探测传感器，尤指涉及一种单一芯片的全桥磁传感器。

背景技术

磁传感器是一种可以探测磁场的方向、强度以及位置的传感器，在许多领域已得到了广泛使用。TMR(Tunnel Magnetoresistance，隧道磁电阻)型传感器是磁传感器的一种，具有偏移低，灵敏度高和温度性能好的优点，近年来开始在工业领域得到应用。TMR传感器的磁电阻会随外加磁场的大小、方向的变化而变化，其灵敏度优于霍尔效应传感器、AMR(Anisotropy Magnetoresistance，各向异性磁阻)型传感器以及GMR(GiantMagnetoresistance，巨磁电阻)型传感器，而且具备更好的温度稳定性和更低的功耗，加上TMR型传感器的加工工艺可以很方便的和现有半导体工艺结合，因此具有更多的应用前景。

全桥结构的磁电阻传感器可以有效的提高器件的灵敏度和温度稳定性。TMR型传感器由于其自身磁阻变化来源于自由层和钉扎层的相对取向，因此全桥结构的TMR磁传感器需要相邻桥臂上的TMR单元的钉扎层的磁化方向相反。而通常在同一芯片上，一次制备得到的TMR单元，由于其全程工艺相同，所以同一芯片上的各TMR单元的钉扎层的磁化方向都相同，难以实现在单一芯片上一次形成全桥结构。目前实现单一芯片上桥接的办法有激光退火和分次沉积。激光退火是采用激光退火设备将不同区域的钉扎层的磁化方向钉扎在相反方向，但由于激光退火设备价格昂贵，因此生产成本很高。分次沉积是分两次沉积先后生长不同磁化方向的钉扎层，但分两次沉积时，在生长第二层时容易对第一层产生影响，最终影响器件性能。

为了解决现有的在单一芯片制备全桥结构磁传感器存在的成本高、性能不稳定的问题，公开号为CN102226836A的中国发明专利申请提出了一种单一芯片桥式磁场传感器，该传感器包括四个磁电阻元件，每个磁电阻元件由一个或多个GMR或MTJ传感元件串联组成，传感元件包括磁性自由层和磁性钉扎层，磁电阻元件的磁性钉扎层的方向设置在同一个方向上，位于相对位置的两个磁电阻元件的磁性自由层的磁矩方向相同，位于相邻位置的两个磁电阻元件的磁性自由层的磁矩方向不相同。磁性自由层的磁矩方向由一对永磁体提供偏置，利用方形永磁的两个相邻面的剩磁角度或者采用不同朝向的条形永磁为MTJ传感元件提供不同方向的磁场，使得位于永磁体之间的MTJ传感元件的磁性自由层被设置在两个不同的方向，而钉扎层的磁化方向均一致，最后MTJ传感元件对外加的同一磁场显示出不同的响应。专利号为201110326725.6的中国发明专利也公开了类似结构的单一芯片桥式磁场传感器。以上专利所公开的磁传感器虽然实现了在单一芯片上采用一次工艺形成全桥结构，但传感器的动态范围不够大，仍待改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种性能稳定、动态范围宽的单一芯片的TMR全桥磁传感器。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：

一种TMR全桥磁传感器，包括：基片和设置于所述基片上的TMR单元，所述TMR单元包括自由层、钉扎层和隧道层，所述TMR单元的两侧设置有为其提供偏置场的永磁层，4组桥式连接的TMR单元形成全桥结构；所述TMR单元的钉扎层的磁矩方向相同，相邻的TMR单元的自由层的磁矩方向相反，相对的TMR单元的自由层的磁矩方向相同。