[发明专利]一种磁阻运动调制的低频MEMS磁阻传感器

说明书

发明涉及一种磁阻运动调制的低频MEMS磁阻传感器，属于磁场检测领域，解决了现有MEMS磁阻传感器两侧磁通汇聚器运动不同步导致的噪声增加而使得检测精度降低的技术问题。本申请传感器包括：磁阻传感器MTJ、磁通汇聚器、压电悬臂梁，第一衬底；第一衬底上设置有与压电悬臂梁尺寸相适应的通孔，压电悬臂梁设置于通孔中，压电悬臂梁一端悬空，另一端与第一衬底固定连接；磁阻传感器MTJ放置在压电悬臂梁悬空端之上，通过悬臂梁带动磁阻传感器MTJ沿着通孔的轴向作简谐振动；磁通汇聚器设置在第一衬底上，且对称放置在磁阻传感器MTJ两侧。通过悬臂梁振动避免了磁通汇聚器运动不同步的问题，提高了磁场检测分辨率，能够广泛应用于低频弱磁场的检测。

技术领域

本发明涉及磁场检测领域，尤其涉及一种磁阻运动调制的低频MEMS磁阻传感器。

背景技术

磁阻传感器由于小体积，低功耗和高灵敏度在工业传感，军事对抗，数据存储和生物医学等领域得到了广泛应用，然而其在测量低频弱磁场时受到1/f噪声的影响，严重限制了其低频弱磁场的检测分辨率。为了减小1/f噪声的影响，提高分辨率，利用微机电系统(Micro electromechanical systems,MEMS)技术驱动磁通汇聚器运动，将磁阻传感器检测区域的低频弱磁场调制到高频区域(大于10kHz)，使得检测分辨率比低频高三个数量级。

现有的MEMS磁阻传感器是利用MEMS谐振器的运动带动磁通汇聚器运动，对磁通汇聚器中间的磁通密度进行高频调制，通过固定放置的磁阻传感器检测高频磁场，并配合相应的接口电路读取磁场信号。例如美国陆军实验室提出的变间隙和扭转调制，我国国防科技大学提出的垂直运动调制和伊比利亚国际纳米实验室提出的悬臂梁调制。这些调制方式都是通过改变磁通汇聚器的运动形式实现低频磁场的高频调制，从而抑制1/f噪声以提高低频磁场检测分辨率。在现有的这些MEMS磁阻传感器中，都是磁通汇聚器运动，磁阻传感器固定放置，存在的最大的问题就是难以保持两侧的磁通汇聚器的运动同步。例如美国陆军实验室设计的梳齿驱动磁通汇聚器运动的MEMS磁阻传感器，如图1所示，在固定的磁阻传感器两边是两个由梳齿横向驱动的磁通汇聚器，只有当两个谐振器同步谐振时，调制的交流磁场才是一个频率和谐振器频率相同的信号。一旦不能同步，那么调制后的磁场将是频谱非常丰富的信号，其无法通过接口电路和信号处理解读出正确的磁场信号。那么不但不能抑制1/f噪声，反而增加了噪声。此外，这类结构普遍工艺比较复杂，对工艺容差的一致性要求较高。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种磁阻运动调制的低频MEMS磁阻传感器及其制作方法，用以解决现有MEMS磁阻传感器两侧磁通汇聚器运动不同步导致的噪声增加而使得检测精度降低的技术问题。

一方面，本发明实施例提供了一种磁阻运动调制的低频MEMS磁阻传感器，所述MEMS磁阻传感器包括：磁阻传感器MTJ、磁通汇聚器、压电悬臂梁，第一衬底；

第一衬底上设置有与压电悬臂梁尺寸相适应的通孔，所述压电悬臂梁设置于所述通孔中，所述压电悬臂梁一端悬空，另一端与第一衬底固定连接；

所述磁阻传感器MTJ放置在压电悬臂梁悬空端之上，通过所述压电悬臂梁带动所述磁阻传感器MTJ沿着所述通孔的轴向作周期简谐振动；

磁通汇聚器设置在第一衬底上，且对称放置在磁阻传感器MTJ两侧。

进一步，所述压电悬臂梁为叠层结构，包括从下至上依次设置的第二衬底、第一绝缘层、压电层，磁阻传感器MTJ埋设在压电悬臂梁悬空端处的第一绝缘层之中，并漏出电极窗口，压电层位于第一绝缘层上未埋设磁阻传感器MTJ的位置，并使压电层与磁阻传感器MTJ间隔一定的距离。

进一步，所述第一衬底为SOI基底，从下至上依次包括Si层、埋氧层、Si层，所述第二衬底为通过去除所述第一衬底底层的Si层和埋氧层而形成，所述第一衬底中的Si层与第二衬底中的Si层为一体结构。