[发明专利]一种磁传感器

说明书

本发明提供一种磁传感器，包括：至少一个磁电阻传感单元，所述磁电阻传感单元为拓扑绝缘体和铁磁金属双层薄膜结构；或者，所述磁电阻传感单元为外尔半金属和铁磁金属双层薄膜结构；所述磁电阻传感单元被配置为沿其最大外轮廓方向通入电流，Rashba自旋轨道耦合作用下的等效磁场使所述磁电阻传感单元的磁矩偏置45°；基底和绝缘层，所述基底和所述绝缘层对所述磁电阻传感单元形成封装。通过至少一个磁电阻传感单元形成的磁传感器，其具有结构简单、易于制备、均匀性好的特点，偏置场可通过电流调节，大大简化了磁矩偏置的调节过程。同时磁传感器能够产生较强的Rashba磁电阻效应，可明显提高器件探测灵敏度。

技术领域

本发明涉及磁性材料与元器件技术领域，更具体地，本发明涉及一种磁传感器。

背景技术

磁传感器广泛应用在航空航天、汽车、工业、消费以及军事等诸多领域。磁电阻是指在外磁场作用下材料的电阻发生变化的现象，磁电阻传感器即将各种磁场及其变化的量转变成电信号输出的器件。基于磁电阻效应的传感器由于高灵敏度、小体积、低功耗及易集成等特点正逐步进入磁传感器市场，其中基于各向异性磁电阻(AMR)的磁传感器已经大规模应用。

目前，为使磁电阻传感器工作在线性区、提高灵敏度和动态范围，需要使用磁偏置技术，而实现相应磁偏置涉及复杂的工艺或膜层结构。最常用的磁偏置技术是软磁近邻层(SAL)偏置技术和巴贝(Barber)电极偏置技术。SAL偏置是在软磁/绝缘/探测层三层异质结构中实现，其中软磁层的电阻率远大于探测层，探测层中电流产生的奥斯特场会引起软磁层磁矩的偏置，磁矩偏置产生的杂散场反过来导致探测层磁矩的偏置。通过优化各层的厚度以及软磁层和探测层的磁性，可使探测层磁矩与电流之间夹角为45°，实现高线性和高灵敏度信号输出。添加一软磁层，其总厚度很容易超过20nm，这会降低器件灵敏度；同时软磁层杂散场引起的偏置场存在不均匀的缺点。Barber电极偏置技术是指在铁磁金属层上覆盖条状电极，电极长轴与铁磁层的磁矩夹角为45°，相邻长条间电流流动方向与铁磁层磁矩的夹角为45°。因此Barber电极结构需要在磁性薄膜镀制完成的基础上在进行Barber电极的光刻制备，需要复杂的工艺并且较高的对准精度，同时边缘也存在不均匀性的问题。另外，铁磁金属中各向异性磁电阻的幅值较小，这导致磁传感器灵敏度较低。

因此，需要引入一种新的磁传感器，以简单的器件结构实现高线性度、高灵敏度的信号输出，推动实现器件的小型化和提高器件的集成度。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种磁传感器，以解决现有磁传感器结构复杂、磁偏置角度调节困难的问题。

一种磁传感器，包括：

至少一个磁电阻传感单元，所述磁电阻传感单元为拓扑绝缘体和铁磁金属双层薄膜结构；

或者，所述磁电阻传感单元为外尔半金属和铁磁金属双层薄膜结构；

所述磁电阻传感单元被配置为沿其最大外轮廓方向通入电流，Rashba自旋轨道耦合作用下的等效磁场使所述磁电阻传感单元的磁矩偏置45°；

基底和绝缘层，所述基底和所述绝缘层对所述磁电阻传感单元形成封装。

可选地，所述拓扑绝缘体是Bi₂Se₃、Bi₂Te₃、Sb₂Te₃、(Bi_xSb_1-x)₂Te₃材料的晶体薄膜；

或者，所述拓扑绝缘体是BiSe_x材料的多晶或非晶薄膜。

可选地，所述外尔半金属是WTe₂、MoTe₂、Mo_xW_1-xTe₂材料的单晶、多晶或非晶薄膜。