[发明专利]一种低磁场磁电阻角度传感器

说明书

本发明实施例公开了一种低磁场磁电阻角度传感器，该传感器包括：位于X‑Y平面上的衬底；位于衬底上的磁阻传感单元，其包括多层薄膜结构，多层薄膜结构至少包括堆叠的自由层、势垒层和参考层，磁阻传感单元为椭圆形，且自由层为长轴Ly、短轴Lx和厚度Lz的椭圆形，自由层具有饱和磁场、形状各向异性退磁场和X方向的磁晶各向异性场，外磁场在X‑Y平面内发生0‑360°旋转，则磁晶各向异性场被形状各向异性退磁场补偿使自由层的有效各向异性场接近为0，使得外磁场具有接近自由层的饱和磁场的低工作磁场值。本发明实施例中，可以提高磁电阻角度传感器角度测量的准确性；且所需外磁场的磁场值低，降低了传感器的价格和使用成本。

技术领域

本发明实施例涉及磁传感器技术领域，尤其涉及一种低磁场磁电阻角度传感器。

背景技术

TMR或GMR等自旋阀磁电阻角度传感单元通常为圆形。在正常使用时，其外磁场H的值要远远大于自由层FL的饱和磁场H_s，才能使得自由层FL的磁矩M和外磁场H的方向一致。

然而，增加外磁场H虽然保证了自由层FL的磁矩M_s和H的方向一致，但是会导致磁电阻角度传感单元中其他膜层的偏转角度随H的幅度增大而增大，从而会带来额外的测量角度误差。此外，高外磁场H还要求强磁铁，价格更加昂贵，从而增加了使用成本。

发明内容

本发明实施例提供一种低磁场磁电阻角度传感器，以解决现有角度传感器测量精度差且成本高的问题。

本发明实施例提供了一种低磁场磁电阻角度传感器，包括：

位于X-Y平面上的衬底；

位于所述衬底上的磁阻传感单元，所述磁阻传感单元包括多层薄膜结构，所述多层薄膜结构至少包括堆叠的自由层、势垒层和参考层，所述磁阻传感单元为椭圆形，且所述自由层为长轴Ly、短轴Lx和厚度Lz的椭圆形，所述自由层具有饱和磁场、形状各向异性退磁场和X方向的磁晶各向异性场，外磁场在所述X-Y平面内发生0-360°旋转，则所述磁晶各向异性场被所述形状各向异性退磁场补偿使所述自由层的有效各向异性场接近为0，使得所述外磁场具有接近所述自由层的饱和磁场的低工作磁场值。

进一步地，所述磁阻传感单元包括推磁电阻传感单元和挽磁电阻传感单元，所述推磁电阻传感单元的自由层和所述挽磁电阻传感单元的自由层具有正反X方向的Neel耦合磁场，所述推磁电阻传感单元和所述挽磁电阻传感单元的Neel耦合磁场分别被所对应自由层的磁晶各向异性场和形状各向异性退磁场所补偿。

进一步地，多个所述推磁电阻传感单元电连接构成推磁电阻传感单元串，多个所述挽磁电阻传感单元电连接构成挽磁电阻传感单元串，所述推磁电阻传感单元串和所述挽磁电阻传感单元串连接构成全桥结构或者半桥结构的推挽式磁电阻角度传感器。

进一步地，所述自由层的形状各向异性退磁场由形状各向异性因子(Nx,Ny)决定，所述自由层的磁晶各向异性场由磁晶各向异性常数K1决定；

其中，Nx＝Ny+K1/M_s²，M_s为所述自由层的饱和磁矩，Nx表示X方向形状各向异性因子，Ny表示Y方向形状各向异性因子。

进一步地，所述自由层的形状各向异性退磁场由形状各向异性因子(Nx,Ny)决定，所述自由层的磁晶各向异性场由磁晶各向异性常数K1决定；

对于所述推磁电阻传感单元，Nx＝Ny+K1/M_s²+2*H_N/M_s，对于所述挽磁电阻传感单元，Nx＝Ny+K1/M_s²-2*HN/M_s，