[发明专利]一种磁电阻Z轴梯度传感器芯片

摘要

本发明公开了一种磁电阻Z轴梯度传感器芯片，用于探测磁性介质所产生的Z轴磁场分量在XY平面内梯度，从而对磁性介质进行磁成像，其包括Si衬底、分隔Lg距离的两个或两组包含多个通量引导器的集合，以及电互连的磁电阻传感单元排列，磁电阻传感单元位于Si衬底上，且位于通量引导器边缘的上方或下方，通量引导器将Z轴磁场分量转变成平行于Si衬底表面并沿磁电阻传感单元的敏感轴方向，磁电阻传感单元电连接成半桥或者全桥梯度计排列，其中相对的桥臂分隔Lg距离，该传感器芯片可以和PCB、PCB+背磁或PCB+背磁+封装壳样式使用，本发明实现了利用平面敏感磁阻传感器对Z轴磁场梯度的测量，具有小尺寸、低功耗、比Hall传感器具有更高磁场灵敏度等优点。

主权项

一种磁电阻Z轴梯度传感器芯片，用于探测磁性介质所产生的Z轴方向磁场分量在XY平面内的梯度，其特征在于，所述磁电阻Z轴梯度传感器芯片包括：Si衬底、位于所述Si衬底上的磁电阻传感单元、位于所述Si衬底上的两组通量引导器；所述磁电阻传感单元位于所述通量引导器的上方或下方，且具有平行于所述Si衬底表面的敏感方向，所述通量引导器用于将所述磁性介质所产生的Z轴方向磁场分量转变成沿所述磁电阻传感单元的敏感方向；所述两组通量引导器之间的间距为Lg；每组通量引导器均为2*N个，N≥1，所述两组通量引导器成两行一列的阵列，且行方向沿Y轴方向，列方向为X轴方向；每组通量引导器成N行一列的阵列，行方向沿Y轴方向，列方向为X轴方向；所述磁电阻传感单元电互连成半桥梯度计，所述半桥梯度计中相对桥臂之间的间距为Lg，每组通量引导器之间的行间距Ls远小于Lg，所述半桥梯度计的两个桥臂上的磁电阻传感单元分别对应所述两组通量引导器的N个通量引导器，且所述两个桥臂上的磁电阻传感单元位于对应的通量引导器的Y轴中心线的同一侧的相同位置，所述磁电阻传感单元具有相同敏感方向，Z轴磁场梯度为：GradientHZ＝(HZ1‑HZ2)/Lg＝Vout/(Lg*SXZ*S)其中，HZ1和HZ2分别为所述两组通量引导器所对应的Z轴磁场分量，Vout＝HX1*S‑HX2*S＝SXZ*HZ1*S‑SXZ*HZ2*S，SXZ为通量引导器的磁场转换参数，HX1和HX2分别为经过所述两组通量引导器后在磁阻传感单元位置处的敏感轴向磁场分量，S为灵敏度；或，所述磁电阻传感单元电互连成全桥梯度计，所述全桥梯度计中相对桥臂之间的间距为Lg，每组通量引导器之间的行间距Ls远小于Lg，所述全桥梯度计中的两个半桥的磁电阻传感单元分别对应于所述两组通量引导器的N个通量引导器，每个所述半桥的两个桥臂的磁电阻传感单元对称分布在对应的通量引导器的Y轴中心线两侧，与同一电源电极相连的两个桥臂的磁电阻传感单元分别对应所述两组通量引导器的N个通量引导器且位于对应的通量引导器的Y轴中心线的同一侧的相同位置，所述全桥梯度计的磁电阻传感单元具有相同敏感方向，Z轴磁场梯度为：GradientHZ＝(HZ1‑HZ2)/Lg＝Vout/(2*Lg*SXZ*S)其中，HZ1和HZ2分别为所述两组通量引导器所对应的Z轴磁场分量，Vout＝V+‑V‑＝2*SXZ*S*(HZ1‑HZ2)，V‑＝HX1*S‑(‑HX1)*S＝2*HX1*S，V+＝HX2*S‑(‑HX2)*S＝2*HX2*S，HX1和HX2分别为经过所述两组通量引导器后在磁阻传感单元位置处的敏感轴向磁场分量，SXZ为通量引导器的磁场转换参数，S为灵敏度；或，所述磁电阻传感单元电互连成全桥梯度计，所述全桥梯度计中相对桥臂之间的间距为Lg，每组通量引导器之间的行间距Ls远小于Lg，所述全桥梯度计的两个半桥中任一个半桥的两个桥臂的磁电阻传感单元分别对应于两组通量引导器中的N个通量引导器且位于对应通量引导器的Y轴中心线的同一侧的相同位置，与同一电源电极相连的两个桥臂的磁电阻传感单元对应同一组通量引导器的N个通量引导器且对称分布在对应的通量引导器的Y轴中心线两侧，所述全桥梯度计的磁电阻传感单元具有相同的敏感方向，Z轴磁场梯度为：GradientHZ＝(HZ1‑HZ2)/Lg＝‑Vout/(2*Lg*SXZ*S)其中，HZ1和HZ2分别为所述两组通量引导器所对应的Z轴磁场分量，Vout＝V+‑V‑＝‑2*SXZ*S*(HZ2‑HZ1)，V‑＝HX1*S‑HX2*S，V+＝‑HX1*S‑(‑HX2)*S，HX1和HX2分别为经过所述两组通量引导器后在磁阻传感单元位置处的敏感轴向磁场分量，SXZ为通量引导器的磁场转换参数，S为灵敏度。