[发明专利]具有加以激光退火的单个TMR膜的磁性传感器阵列及其表征

说明书

本公开整体涉及具有四个电阻器的惠斯通电桥阵列。每个电阻器包括多个TMR膜。每个电阻器具有相同的TMR膜。两个电阻器的这些TMR膜具有参考层，这些参考层相对于另外两个电阻器的这些TMR膜具有反平行的磁性取向。为了确保该反平行磁性取向，这些TMR膜全部同时形成并且同时在磁场中退火。此后，两个电阻器的这些TMR膜在磁场中第二次退火，而另外两个电阻器的这些TMR膜不第二次退火。

相关申请的交叉引用

本申请要求2020年5月20日提交的美国专利申请号16/879,601的优先权，该专利申请要求2019年12月27日提交的美国临时专利申请序列号62/954,199的权益，这两个专利申请全文以引用方式并入本文。

背景技术

技术领域

本公开的实施方案整体涉及惠斯通电桥阵列及其制造方法。

相关领域的描述

惠斯通电桥是用于通过平衡电桥电路的两个支路来测量未知电阻的电路，其中一个支路包含未知部件。与简单的分压器相比，惠斯通电路提供了极其准确的测量结果。

惠斯通电桥包括多个电阻器，尤其是最近包括磁性材料诸如磁传感器。磁传感器可包括霍尔效应磁传感器、各向异性磁阻传感器(AMR)、巨磁阻(GMR)传感器和隧道磁阻(TMR)传感器。与其他磁传感器相比，TMR传感器具有非常高的灵敏度。

惠斯通电桥阵列具有线性输出信号并抵抗环境温度。惠斯通电桥阵列中的任何温度变化均被消除。惠斯通电桥阵列具有四个电阻器。这些电阻器中的两个电阻器具有相同的电阻，而其余两个电阻器相对于彼此具有相同的电阻，但不同于初始的该两个电阻器。

制造不同的电阻器以实现不同的电阻可能是昂贵且耗时的。因此，本领域需要能够以经济且省时的方式制造的惠斯通电桥阵列。

发明内容

本公开整体涉及具有四个电阻器的惠斯通电桥阵列。每个电阻器包括多个TMR膜。每个电阻器具有相同的TMR膜。两个电阻器的这些TMR膜具有参考层，这些参考层相对于另外两个电阻器的这些TMR膜(的参考层)具有反平行的磁性取向。为了确保该反平行磁性取向，这些TMR膜全部同时形成并且同时在磁场中退火。此后，两个电阻器的这些TMR膜在磁场中第二次退火，而另外两个电阻器的这些TMR膜不第二次退火。

在一个实施方案中，TMR传感器装置包括：第一电阻器，该第一电阻器包括具有第一参考层的至少一个第一隧道磁阻(TMR)膜；和第二电阻器，该第二电阻器包括具有第二参考层的至少一个第二TMR膜，其中第一TMR膜和第二TMR膜基本上相同，并且其中第一参考层和第二参考层具有反平行的磁性取向。

在另一个实施方案中，TMR传感器装置包括四个电阻器，其中每个电阻器包括至少一个隧道磁阻(TMR)膜，这些TMR膜包括参考层，其中每个电阻器中TMR膜相同，并且其中至少两个TMR膜的参考层具有反平行的磁性取向。

在另一个实施方案中，制造TMR传感器装置的方法包括：在基板上形成第一隧道磁阻(TMR)膜；在基板上形成第二TMR膜；在磁场中使第一TMR膜和第二TMR膜退火；以及在磁场中使第二TMR膜第二次退火。

附图说明

因此，通过参考实施方案，可以获得详细理解本公开的上述特征的方式、本公开的更具体描述、上述简要概述，所述实施方案中的一些在附图中示出。然而，应当注意的是，附图仅示出了本公开的典型实施方案并且因此不应视为限制其范围，因为本公开可以允许其他同等有效的实施方案。

图1是惠斯通电桥阵列设计的示意图。

图2A至图2G是根据一个实施方案的处于各个制造阶段的TMR结构的示意图。

图3A和3B是根据一个实施方案的在第一次退火之前和之后的TMR结构的示意图。