[发明专利]三轴隧穿磁电阻传感器及其制备方法、使用方法

说明书

本发明涉及磁传感器领域，提供一种三轴隧穿磁电阻传感器及其制备方法、使用方法。所述三轴隧穿磁电阻传感器，包括上电极、下电极以及所述上电极与所述下电极之间的垂直磁各向异性隧道结；所述垂直磁各向异性隧道结用于在电场调控效应下，感应不同方向的磁矩矢量。本发明基于TMR效应，利用垂直磁各向异性隧道结在电场调控效应下，感应不同方向的磁矩矢量，相较于现有的基于霍尔效应或巨磁阻效应的磁电阻传感器，灵敏度更高，易于集成。

技术领域

本发明涉及磁传感器领域，具体地涉及一种三轴隧穿磁电阻传感器、一种三轴隧穿磁电阻传感器的制备方法以及一种三轴隧穿磁电阻传感器的使用方法。

背景技术

磁传感器能够感知与磁现象有关的物理量的变化，并将其转变为电信号进行检测，从而直接或间接地探测磁场大小、方向、位移、角度、电流等物理信息。磁传感器广泛应用于信息、电机、电力电子、能源管理、汽车、磁信息读写、工业自动控制及生物医学等领域。由于磁场是一个矢量，具有大小和方向，多数磁传感器只能感应到一个方向上的磁场矢量，而不能感应到各个方向上的矢量。然而，三轴磁传感器件，能够同时感应三个不同方向的磁场从而能够更好的感知磁场的变化，在卫星定位、导航等领域重要应用。

现有的三轴磁传感器，通常采用基于霍尔效应、巨磁阻效应等原理制备。基于霍尔效应的三轴磁传感器，灵敏度过低，不再适用于大多数场合。巨磁电阻（Giant MagnetoResistance，简称GMR）的三轴磁传感器，由于巨磁阻效应中材料电阻随磁场变化的范围较小，灵敏度不高，不能满足更高精度的需求，不能应用于复杂环境。

发明内容

本发明的目的是提供一种三轴隧穿磁电阻传感器及其制备方法，以至少解决上述的三轴磁传感器灵敏度不高的问题。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种三轴隧穿磁电阻传感器，包括上电极、下电极以及所述上电极与所述下电极之间的垂直磁各向异性隧道结；所述垂直磁各向异性隧道结用于在电场调控效应下，感应不同方向的磁矩矢量。

进一步地，还包括：压电薄膜；

所述垂直磁各向异性隧道结包括：铁磁参考层、隧穿绝缘层以及铁磁自由层；所述压电薄膜设置于所述下电极与所述铁磁参考层之间，所述压电薄膜在被施加可调控电场的条件下改变所述垂直磁各向异性隧道结的磁各向异性，使得所述垂直磁各向异性隧道结能够感应不同方向的磁矩矢量。

进一步地，所述垂直磁各向异性隧道结的形状为矩形或椭圆形，所述垂直磁各向异性隧道结的面内易轴方向沿矩形的长边方向或椭圆形的长轴方向。

进一步地，所述压电薄膜被施加的可调控电场的强度，至少根据以下条件之一确定：

垂直磁各向异性隧道结的材料和晶格结构；

垂直磁各向异性隧道结的形状和尺寸；

垂直磁各向异性隧道结中铁磁参考层、隧穿绝缘层、铁磁自由层之间的界面质量。

本发明另一方面提供一种三轴隧穿磁电阻传感器的制备方法，所述方法包括：

在基底上生长作为下电极的导电层；

在所述作为下电极的导电层上生长压电薄膜；

在所述压电薄膜上制作垂直磁各向异性隧道结；

在所述垂直磁各向异性隧道结上生长作为上电极的导电层，形成磁阻膜堆结构。

进一步地，所述在所述压电薄膜上制作垂直磁各向异性隧道结，包括：在所述压电薄膜上依次生长铁磁参考层、隧穿绝缘层及铁磁自由层，形成垂直磁各向异性隧道结。