[发明专利]一种面向电缆监测垂直型磁敏传感芯片和磁敏传感器

说明书

本发明公开了一种面向电缆监测垂直型磁敏传感芯片和磁敏传感器，该芯片包括：传感单元，传感单元包括在垂直方向上层叠设置的至少四个磁敏感单元以及至少三个绝缘间隔层，磁敏感单元和绝缘间隔层交替设置，相邻磁敏感单元中磁敏感方向交替反平行，四个磁敏感单元通过串并联构成全桥结构。通过实施本发明，在垂直方向上堆叠设置多个磁敏感单元，可以使磁敏感单元实现高集成度；同时设置相邻磁敏感单元中磁敏感方向交替反平行，且四个磁敏感单元通过串并联形成全桥结构，相比传统面内互联形成全桥结构的方式，大大减小了磁敏传感芯片的面积，由此便于后续磁敏传感器的微缩。此外，通过磁敏感单元的串并联，能够降低磁敏传感芯片的噪声，提升灵敏度。

技术领域

本发明涉及微纳米传感器技术领域，具体涉及一种面向电缆监测垂直型磁敏传感芯片和磁敏传感器。

背景技术

自旋电子学是一个新兴的并且有着巨大活力和发展应用前景的领域。近几十年来，自旋电子学发展迅速，新结构、新材料、新器件等方面的创新探索层出不穷，并使得磁存储工业发生了巨大的变革和进步。高灵敏度、微型、集成的磁敏传感器和磁阻元件是近几十年存储器件存储密度快速增长发展的核心。磁敏传感器是将磁场、电流、应力应变、温度、光等引起敏感元件磁性能的变化转换成电信号，以测量相关物理量、特别是微小物理量的器件，其相对于传统传感器而言具有灵敏度高等优点，因此被广泛应用于电力、航空、航天、地质探矿、医学成像、信息采集以及军事等领域。

随着技术的进步，磁敏传感器芯片由于具有低功耗、体积小、灵敏度高、易集成、成本低、响应快、分辨率高、稳定性好、可靠性高等多种优点而作为磁敏传感器的核心部件，而且磁敏传感器芯片的使用使得磁敏传感器在磁信息存储、自动化以及物联网领域展示了广阔的应用前景。早期的磁性传感器主要是基于各向异性磁电阻(Anisotropicmagnetoresistance，AMR)效应，而金属材料的室温AMR比值最大只能达到3％左右，导致磁性传感器的灵敏度较低。1988年，法国科学家A.Fert和德国科学家P.Grünber在纳米磁性多层膜中发现了巨磁电阻(Giant Magneto Resistance，GMR)效应，室温下其大小一般可以达到5％～15％，引起科研和工业界的广泛关注。GMR效应被迅速应用到磁性传感器的研制之中，特别是GMR硬盘磁读头取代AMR磁读头，将硬盘存储密度从100Mb/in2提升到超过100Gb/in2，给磁信息存储领域带来了一次更新换代。GMR效应的发现开启了自旋电子学时代，其发现者被授予了2007年度诺贝尔物理学奖。1995年，日本和美国的科学家分别报道了以非晶AlOx为势垒层的磁性隧道结中观测到室温下约20％的隧穿磁电阻(TMR)效应，达到了可实用化的程度；随后2004年又在MgO势垒磁性隧道结中观测到室温下约200％的TMR隧穿磁电阻比值。磁性隧道结呈现出巨大TMR效应展现出广泛而重要的应用价值和前景，被迅速应用于超高灵敏度磁性传感器、硬盘磁读头、磁性随机存储器中。

然而，无论是基于各向异性磁电阻效应的磁传感芯片，还是基于巨磁电阻效应或隧穿磁电阻效应的磁传感芯片，均是采用在衬底上设置磁敏感薄膜的结构，导致采用这种磁传感芯片的磁敏传感器面积较大，很难微缩。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种面向电缆监测垂直型磁敏传感芯片和磁敏传感器，以解决现有技术中磁传感芯片面积较大的技术问题。

本发明实施例提供的技术方案如下：

本发明实施例第一方面提供一种面向电缆监测垂直型磁敏传感芯片，包括：传感单元，所述传感单元包括在垂直方向上层叠设置的至少四个磁敏感单元以及至少三个绝缘间隔层，磁敏感单元和绝缘间隔层交替设置，相邻磁敏感单元中磁敏感方向交替反平行，四个磁敏感单元通过串并联构成全桥结构。

可选地，该面向电缆监测垂直型磁敏传感芯片还包括：偏置磁体，所述偏置磁体设置在所述传感单元的外侧、上表面或下表面中的一个或多个方向上。

可选地，所述偏置磁体紧靠所述传感单元或与所述传感单元间隔预设距离。