[发明专利]集成闭环式磁场传感器

说明书

集成闭环式磁场传感器，包括：衬底；设置于所述衬底上的磁阻传感层，所述磁阻传感层上设置有用于向外输出电压信号的输出端；设置于所述磁阻传感层上的绝缘层；设置于所述绝缘层上的磁电复合层，所述磁电复合层包括位于所述绝缘层上的铁磁层和位于所述铁磁层上的压电层，所述铁磁层上设置有用于接收反馈电压的电压加载端。本发明的闭环式磁场传感器，采用磁电薄膜作为传感器的磁场反馈部分，磁电薄膜将电压转化为内部磁场的变化，从而可以在芯片内部形成闭环结构，大幅降低了磁场传感器的重量和体积，同时配合作为磁场的探测部分的磁阻芯片，传感器可以获得高的灵敏度以及大的线性范围，且实现了低功耗。

技术领域

本发明属于磁场探测技术领域，尤指涉及一种磁场传感器。

背景技术

随着智能电网、物联网等技术的发展，不管是人们的日常生活，还是工业生产，对磁场传感器的需求量都越来越高，比如汽车领域、电力传感领域都有大量的磁场传感器的需求。由于这些新兴的应用环境越来越复杂，高精度、可集成化、低功耗化已经成为磁场传感器的发展方向。目前精度最高的可集成的传感器技术为磁阻传感器技术，尤其是TMR技术。相较于传统的霍尔芯片，TMR技术可以提供两个以上量级的灵敏度提升，因此，最近二十年来，磁阻传感器得到了较大的发展，并且得到了越来越多的应用。

由于TMR技术中的磁性材料在大磁场下会发生饱和现象，因此难以在单一芯片中获得大探测范围和高灵敏度。目前的TMR技术应用时一般采用闭合反馈的方式，采用反馈线圈，将芯片一次输出的信号放大并转化为反向磁场后再加载回芯片两端，使芯片始终工作在零磁场附近，以此来同时获得较大的探测范围和探测精度。但是由于该项技术需要使用磁铁和线圈，因此反馈式闭环传感器往往存在体积大、重量重、功耗高的缺点，难以满足很多需要微型化器件领域的应用需求。虽然目前已经出现一些集成线圈式的解决方案，器件体积大的问题在一定程度上得到了改善，但是功耗高的问题仍没有得到有效的解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种体积小、重量轻、功耗低的集成闭环式磁场传感器。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：

集成闭环式磁场传感器，包括：衬底；设置于所述衬底上的磁阻传感层，所述磁阻传感层上设置有用于向外输出电压信号的输出端；设置于所述磁阻传感层上的绝缘层；设置于所述绝缘层上的磁电复合层，所述磁电复合层包括位于所述绝缘层上的铁磁层和位于所述铁磁层上的压电层，所述铁磁层上设置有用于接收反馈电压的电压加载端。

进一步的，所述磁阻传感层为磁阻薄膜。

进一步的，所述磁阻传感层为AMR单元或GMR单元或TMR单元或GMI单元。

进一步的，所述磁阻传感层为桥式结构。

进一步的，所述磁电复合层由磁致伸缩系数≥50ppm且静态磁导率≥10000的铁磁材料和电致伸缩系数≥500ppm的铁电材料复合而成。

进一步的，所述铁磁材料为FeCoB或FeGaB或FeCoBSi或FeCoB。

进一步的，所述铁电材料为PZT或PZN-PT或PMN-PT或AlN或HfO₂。

进一步的，所述铁磁层与所述磁阻传感层之间的距离为15nm～100nm。

进一步的，所述输出端与外部的放大电路相连，将磁阻传感层的电压信号输出至放大电路，放大电路将电压信号放大后反馈至所述磁电复合层，反馈电压通过所述电压加载端加载在所述磁电复合层上。

进一步的，所述输出端包括第一接线点和第二接线点，所述电压加载端包括第三接线点和第四接线点，所述磁阻传感层上设置有供电端口。