[发明专利]一种改进惠斯通电桥式薄膜磁阻传感器

说明书

本发明公开了一种改进惠斯通电桥式薄膜磁阻传感器。由四条完全一样的各向异性磁阻薄膜条A、B、C、D按照头尾顺序连接方式构成惠斯通电桥，磁阻薄膜条A和B相差的相位为135°，磁阻薄膜条B、C相位相差45°，其中A、C平行，B、D平行。其等效电路图如附图3所示，外加磁场与薄膜平面平行，与磁阻薄膜条B电流方向夹角为θ。该薄膜磁阻传感器的结构简单、功耗小、实施便捷，由于改进了电桥的摆放方式，使得传感器能测得更小的磁场角度变化，并且具有温度补偿效应。

技术领域

本发明属于磁传感器技术领域，具体来说，涉及一种用于测量磁场方向的改进惠斯通电桥式薄膜磁阻传感器。

背景技术

当外磁场存在时，某些金属或者半导体电阻值会随着外加磁场的大小发生变化，这就是磁阻效应，利用磁阻效应可以制成词磁阻传感器。1857年，Thomson发现坡莫合金的各向异性磁阻效应。对于有各向异性特性的强磁性金属,磁阻的变化是与磁场和电流间夹角有关的。当外部磁场与磁体内建磁场方向成零度角时,电阻是不会随着外加磁场变化而发生改变的；但当外部磁场与磁体的内建磁场有一定角度的时候,会使得磁体内部的磁化方向发生偏移，使得薄膜电阻降低,这种特性称为各向异性磁电阻效应(AnisotropicMagnetoresistive Sensor,简称AMR)。

ARM磁阻传感器发明于上世界70年代中期，由于它具有工艺简单、稳定性高、良好的温度特性，使其应用领域不断扩展，迅速取代了传统的霍尔磁阻传感器的很大市场。市场上的ARM传感器结构单一,仅仅只有互相垂直的惠斯通电桥结构的磁阻传感器，这种结构的磁阻传感器对于弱磁场和小角度磁场的变化不灵敏，因此对惠斯通电桥这种磁阻条排列形式进行改进，是目前的研究热点。

本发明设计了一种改进的惠斯通电桥方案，对磁阻薄膜条的排列方式进行了改进，将原本两两垂直的薄膜条结构进行角度调整，设计出了一种改进的薄条排列结构，提高了弱磁场或者小角度磁场下的灵敏度，使得测量更加准确。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种改进惠斯通电桥式薄膜磁阻传感器，该薄膜磁阻传感器结构简单，能测量磁场方向，并且具有温度补偿效益。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的改进惠斯通电桥式薄膜磁阻传感器采用的技术方案是：

该改进惠斯通电桥式薄膜磁阻传感器包括从下到上依次叠加的衬底、氧化层、各向异性磁阻层和顶层电极层；其中，各向异性磁阻层由四条完全一样的各向异性磁阻薄膜条A、B、C、D按照头尾顺序连接方式构成惠斯通电桥，磁阻薄膜条A和B相差的相位为135°，磁阻薄膜条B、C相位相差45°，其中A、C平行，B、D平行。

其中，

所述各向异性磁阻层的四条各向异性磁阻效应完全相同的磁阻薄膜条选用的是具有各向异性磁阻效应的铁镍合金。

所述铁镍合金中铁的含量为20％。

所述磁阻薄膜条A、磁阻薄膜条B、磁阻薄膜条C、磁阻薄膜条D的平面形状为连续连接的S形。

所述衬底1采用的材料是Si。

所述绝缘层采用的是SiO₂，具有非磁性、良好的绝缘性、稳定的化学性质、强度硬度高拉伸性好。

顶层电极层所用的材料是铜。

其等效电路如图3所示。其中a、b、c、d是铜导电材料制作成的电极。外加磁场与薄膜平面平行，与膜条B电流方向夹角为θ。磁场方向发生变化时，b、d之间的电压差就会发生改变，测量b、d之间的电压差，就能转化得到磁场的方向。

有益效果：本发明的一种用于测量磁场方向的改进惠斯通电桥式薄膜磁阻传感器，结构简单、功耗小、实施便捷，由于改进了电桥的摆放方式，使得传感器能测得更小的磁场角度变化，并且具有温度补偿效应。