[实用新型]一种单一芯片全桥TMR磁场传感器有效

专利信息
申请号: 202020023750.1 申请日: 2020-01-06
公开(公告)号: CN212008887U 公开(公告)日: 2020-11-24
发明(设计)人: 刘明;关蒙萌;胡忠强;周子尧;朱家训;黄豪 申请(专利权)人: 珠海多创科技有限公司
主分类号: G01R33/09 分类号: G01R33/09
代理公司: 广东朗乾律师事务所 44291 代理人: 杨焕军
地址: 519000 广东省珠海市*** 国省代码: 广东;44
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摘要:
搜索关键词: 一种 单一 芯片 tmr 磁场 传感器
【说明书】:

一种单一芯片全桥TMR磁场传感器,包括:磁电阻元件及偏置电流支路,所述磁电阻元件桥式连接形成全桥结构;所述磁电阻元件包括自由层、钉扎层及偏置电流层,所述偏置电流层与所述偏置电流支路相连,所述偏置电流支路向所述偏置电流层输入偏置电流;位于相邻桥臂上的磁电阻元件中偏置电流层内电流的方向相反,位于相对桥臂上磁电阻元件中偏置电流层内电流的方向相同。本实用新型在磁电阻元件中设置偏置电流层,利用偏置电流层改变磁电阻元件中自由层的磁化方向,实现对外部磁场的敏感相应,本实用新型的磁场传感器可以一次性在单一芯片上形成全桥结构,大大降低了单一芯片全桥磁传感器制备工艺的难度和生产成本。

技术领域

本实用新型属于磁场探测技术领域,尤其涉及一种推挽式全桥TMR磁场传感器。

背景技术

TMR(Tunnel Magneto Resistance)元件是近年来开始工业应用的新型磁电阻效应传感器,其利用磁性多层膜材料的隧道磁电阻效应对磁场进行感应, TMR元件和已得到广泛应用的AMR元件、GMR元件、霍尔元件相比,具有更大的电阻变化率、更好的温度稳定性、更高的灵敏度及更宽的线性范围,而且相对于AMR元件,TMR元件不需要额外的set/reset线圈结构;相对于GMR元件,TMR元件具有更低的功耗;相对于霍尔元件,TMR元件不需要额外的聚磁环结构。

TMR元件也称为磁隧道结元件(Magnetic Tunnel Junction,以下简称 MTJ元件),将MTJ元件连接成推挽式全桥可以改变磁场传感器的信号,使其输出电压便于被放大,以改变信号的噪声、取消共模信号、减小温漂或是克服其他不足,有利于磁场传感器的应用。将MTJ元件连接成推挽电桥,要求相邻桥臂上的MTJ元件钉扎层的磁化方向相反,但由于磁矩反转所需的磁场强度大小相同,因此在同一基片上的MTJ元件的钉扎层磁化方向通常都相同,这给制作推挽式电桥TMR磁场传感器带来了很大的困难。目前制造推挽式全桥TMR磁场传感器主要由以下几种方式:

基于两次成膜工艺的推挽全桥磁场传感器,该工艺分两次沉积得到钉扎层磁化方向相反的MTJ元件,但在对第二次沉积形成的薄膜进行退火时会影响第一次沉积的薄膜,使得前后两次成膜的一致性差,导致桥式传感器不同桥臂的电阻不同,会影响传感器的性能。

基于多芯片封装的推挽全桥磁场传感器,使用钉扎层磁化方向一致的MTJ 元件连接成全桥,再将全桥中一组相对桥臂上的MTJ元件屏蔽并且制作成晶圆,将其中一个晶圆相对另一个晶圆翻转180°连接成推挽全桥,然后进行多芯片封装。利用多芯片封装技术制作成的推挽全桥磁场传感器,由于是多芯片封装而成,存在尺寸较大、生产成本高等问题;而且将晶圆翻转后,需要使2 个晶圆在同一水平面内进行精确定位,增加了由于MTJ元件不对称导致传感器测量损失的可能性。

基于激光局部退火的推挽全桥磁场传感器,先在基片上制备MTJ全桥,再将MTJ元件在同一磁场中退火,此时不同桥臂上MTJ元件钉扎层的磁化方向相同;然后采用激光对MTJ元件进行局部加热辅助磁矩反转,使得相邻桥臂上 MTJ元件钉扎层的磁化方向相反,实现推挽全桥磁场传感器。但激光加热辅助磁畴局部翻转需要专用设备,不仅增加了传感器制作工艺的复杂程度,也提高了成本,而且使用激光加热所制作的推挽全桥传感器,其各个桥臂电阻的一致性也无法得到保证。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种可以降低制备工艺难度和生产成本的单一芯片全桥TMR磁场传感器。

为了实现上述目的,本实用新型采取如下的技术解决方案:

一种单一芯片全桥TMR磁场传感器,包括:磁电阻元件及偏置电流支路,所述磁电阻元件桥式连接形成全桥结构;所述磁电阻元件包括自由层、钉扎层及偏置电流层,所述偏置电流层与所述偏置电流支路相连,所述偏置电流支路向所述偏置电流层输入偏置电流;位于相邻桥臂上的磁电阻元件的偏置电流层内电流的方向相反,位于相对桥臂上磁电阻元件的偏置电流层内电流的方向相同。

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