CN102692242B - 具有聚磁层的线性薄膜磁阻传感器 - Google Patents
具有聚磁层的线性薄膜磁阻传感器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种磁阻传感器，尤其是一种具有聚磁层的线性薄膜磁阻传感器，属于半导体的技术领域。按照本发明提供的技术方案，所述具有聚磁层的线性薄膜磁阻传感器，包括衬底；磁阻传感器本体，位于衬底上，具有方向上相互垂直的第一磁矩与第二磁矩；聚磁层，位于衬底上方，与磁阻传感器本体绝缘隔离，并将待测量外磁场放大后作用于磁阻传感器本体上。本发明磁阻传感器本体上设置聚磁层，在聚磁层上方或下方设置电流导线，聚磁层能够将电流导线产生的感应磁场及待测外磁场进行放大，从而提高薄膜磁阻传感器的灵敏度及测量范围；精度和线性度高，线性范围可调，工艺简单，响应频率高，成本低，抗干扰性强和温度特性好。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁阻传感器，尤其是一种具有聚磁层的线性薄膜磁阻传感器，属于薄膜磁阻传感器的技术领域。
背景技术
磁阻传感器本体被广泛的应用在数据存储领域（计算机硬盘，MRAM），电流的测量领域，位置测量，物体的移动和速度，角度及角速度等的测量领域。
磁阻传感器本体有多层膜结构，自旋阀结构。多层膜结构包括磁性层和非磁性层，它们交替的沉积在衬底上。自旋阀结构包括非磁性钉扎层（MnIr，MnPt），磁性被钉扎层（CoFeB、CoFe，或是SAF结构CoFe/Ru/CoFe，CoFe/Ru/CoFeB/Ta/CoFeB等），非磁性隔离层（Cu、AlO、MgO、HfO、ZrO、TaO等等），磁性自由层（CoFeB、CoFe、CoFeB/Ta/NiFe，或是SAF结构CoFe/Ru/CoFe等）。
磁阻传感器本体在测量模拟量时，由于自由层的磁性材料本身有饱合场，从而限制了可测量磁场的范围，同时磁阻传感器本体存在灵敏度随温度的变化，从而影响了测量的精度。通常解决的办法是通过对磁性自由层加偏置磁场增加磁性自由层的饱合场的范围，并通过后续电流的温度补偿来解决灵敏度的温度系数来提高测量的精度。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种具有聚磁层的线性薄膜磁阻传感器，其结构紧凑，精度和线性度高、线性范围可调，工艺简单，成本低，抗干扰性强及温度稳定性好。
按照本发明提供的技术方案，所述具有聚磁层的线性薄膜磁阻传感器，包括衬底；磁阻传感器本体，位于衬底上，具有方向上相互垂直的第一磁矩与第二磁矩；聚磁层，位于衬底上方，与磁阻传感器本体绝缘隔离，并将待测量外磁场放大后作用于磁阻传感器本体上。
所述衬底上方设有电流导线，所述电流导线与聚磁层及磁阻传感器本体绝缘隔离，聚磁层能将电流导线产生的感应磁场放大后作用于磁阻传感器本体上。
所述磁阻传感器本体包括种子层；反铁磁钉扎层，位于种子层上；磁性被钉扎层，位于反铁磁钉扎层，与反铁磁钉扎层配合产生的交换耦合场具有第一磁矩；非磁性隔离层，位于磁性被钉扎层上，将磁性被钉扎层与磁性自由层隔离；磁性自由层，位于非磁性隔离层上，具有第二磁矩，所述第二磁矩的方向与第一磁矩的方向相互垂直。
所述衬底的材料包括陶瓷或硅。
所述聚磁层的材料包括NiFe、CoZrNb或CoZrHf。
所述电流导线位于聚磁层的上方、下方位置中的一种或两种。
所述电流导线包括长直导线、U型导线、一层导线、多层导线、一圈导线或多圈导线。
所述反铁磁钉扎层的材料包括MnIr或MnPt；所述磁性钉扎层的材料包括CoFeB、CoFe、或CoFe、Ru与CoFe形成的复合层、或CoFe、Ru、CoFeB、Ta、与CoFeB形成的复合层；所述非磁性隔离层的材料包括Cu、AlO、MgO、HfO、ZrO或TaO；所述磁性自由层的材料包括CoFeB、CoFe、或CoFeB与NiFe形成的复合层、或CoFe与NiFe形成的复合层、或CoFeB、Ta与NiFe形成的复合层、CoFe、Ta与NiFe形成的复合层。
一种线性薄膜磁阻传感器电路，包括第一线性薄膜磁阻传感器及第二线性薄膜磁阻传感器，所述第一线性薄膜磁阻传感器、第二线性薄膜磁阻传感器形成半桥电路；第一线性薄膜磁阻传感器内参考层的第一磁矩方向与第二线性薄膜磁阻传感器内参考帧的第一磁矩方向反平行；第一线性薄膜磁阻传感器内磁性自由层的第二磁矩反向与第二线性薄膜磁阻传感器内磁性自由层的第二磁矩方向相互平行。
还包括第三线性薄膜磁阻传感器及第四线性薄膜磁阻传感器，所述第一线性薄膜磁阻传感器、第二线性薄膜磁阻传感器、第三线性薄膜磁阻传感器及第四线性薄膜磁阻传感器形成惠斯通电桥，其中，所述第一线性薄膜磁阻传感器、第二线性薄膜磁阻传感器、第三线性薄膜磁阻传感器及第四线性薄膜磁阻传感器分别形成上述惠斯通电桥的桥臂，第一线性薄膜磁阻传感器与第四线性薄膜磁阻传感器位于惠斯通电桥的两个相对应的桥臂上，第二线性薄膜磁阻传感器与第三线性薄膜磁阻传感器位于惠斯通电桥的两个相对应的桥臂上，第一线性薄膜磁阻传感器所在的惠斯通电桥的桥臂与第二线性薄膜磁阻传感器及第三线性薄膜磁阻传感器所在的惠斯通电桥的桥臂领接；
第一线性薄膜磁阻传感器、第二线性薄膜磁阻传感器、第三线性薄膜磁阻传感器及第四线性薄膜磁阻传感器内对应的第二磁矩方向相互平行；第一线性薄膜磁阻传感器、第二线性薄膜磁阻传感器、第三线性薄膜磁阻传感器及第四线性薄膜磁阻传感器内对应的第一磁矩方向相互平行。
本发明的优点：磁阻传感器本体上设置聚磁层，在聚磁层上方或下方设置电流导线，聚磁层能够将电流导线产生的感应磁场及待测外磁场进行放大，从而提高薄膜磁阻传感器的灵敏度及测量范围；精度和线性度高，线性范围可调，工艺简单，响应频率高，成本低，抗干扰性强和温度特性好。
附图说明
图1为本发明磁阻传感器本体的结构示意图。
图2为本发明磁阻传感器本体的原理说明示意图。
图3为本发明的结构示意图。
图4为本发明的一种结构剖视图。
图5为本发明的另一种结构剖视图。
图6为本发明聚磁层的一种俯视图。
图7为本发明聚磁层的另一种俯视图。
图8为本发明聚磁层的一种剖视图。
图9为本发明聚磁层的另一种剖视图。
图10为本发明聚磁层的第三种剖视图。
图11为本发明的原理说明示意图。
图12为本发明衬底上方设置电流导线时的结构示意图。
图13为图12中的一种结构剖视图。
图14为图12中的另一种结构剖视图。
图15为本发明形成半桥电路的原理图。
图16为本发明形成惠斯通电桥的原理图。
图17为本发明形成惠斯通电桥的原理说明示意图。
附图标记说明：1-种子层、2-反铁磁钉扎层、3-磁性被钉扎层、4-非磁性隔离层、5-磁性自由层、6-保护层、7-第一磁矩方向、8-第二磁矩方向、9-外加磁场、10-第二磁矩第一方向、11-第二磁矩第二方向、12-第二磁矩第三方向、201-第一电流输入电极、202-第二电流输入电极、203-第一电压输出电极、204-第二电压输出电极、205-第一聚磁层、206-第二聚磁层、207-第一磁阻传感器本体、208-第一磁阻传感器本体第二磁矩方向、209-第一磁阻传感器本体第一磁矩方向、211-第一衬底、212-第一绝缘层、213-第二绝缘层、214-第三绝缘层、301-第一聚磁层俯视结构、302-第二聚磁层俯视结构、303-第一聚磁层剖视结构、304-第二聚磁层剖视结构、305-第三聚磁层剖视结构、401-第一输出线、402-第二输出线、701-第三电流输入电极、702-第四电流输入电极、703-第三电压输出电极、704-第四电压输出电极、705-第三聚磁层、706-第四聚磁层、707-第二磁阻传感器本体、708-第二磁阻传感器本体的第二磁矩方向、709-第二磁阻传感器本体的第一磁矩方向、710-第一电流导线、711-第二衬底、712-第四绝缘层、713-第五绝缘层、714-第六绝缘层、720-电流导线第一电流端、721-电流导线第二电流端、722-第一电流流向、801-第一电压输入电极、802-第二电压输入电极、803-第五电压输出电极、804-半桥电路第一磁阻传感器本体、805-半桥电路第二磁阻传感器本体、806-第五聚磁层、811-半桥电路第一磁阻传感器第二磁矩方向、812-半桥电路第一磁阻传感器第一磁矩方向、813-半桥电路第二磁阻传感器第一磁矩方向、814-半桥电路第二磁阻传感器第二磁矩方向、821-电流导线第三电流端、822-电流导线第四电流端、823-第二电流流向、824-第二电流导线、901-第三电压输入电极、902-第四电压输入电极、903-第六电压输出电极、904-第七电压输出电极、905-电流导线第五电流端、906-电流导线第六电流端、907-第三电流导线、908-第三电流流向、911-全桥电路第一磁阻传感器本体、912-全桥电路第二磁阻传感器本体、913-全桥电路第三磁阻传感器本体、914-全桥电路第四磁阻传感器本体、915-第六聚磁层、921-全桥电路第一磁阻传感器本体第二磁矩方向、922-全桥电路第二磁阻传感器本体第二磁矩方向、923-全桥电路第三磁阻传感器第二磁矩方向、924-全桥电路第四磁阻传感器第二磁矩方向、931-全桥电路第一磁阻传感器本体第一磁矩方向、932-全桥电路第二磁阻传感器第一磁矩方向、933-全桥电路第三磁阻传感器本体第一磁矩方向及934-全桥电路第四磁阻传感器本体第一磁矩方向。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
为了能够提高现有薄膜磁阻传感器的检测灵敏度，本发明包括衬底；磁阻传感器本体，位于衬底上，具有方向上相互垂直的第一磁矩与第二磁矩；聚磁层，位于衬底上方，与磁阻传感器本体绝缘隔离，并将待测量外磁场放大后作用于磁阻传感器本体上。通过聚磁层将待测量的外磁场场强放大，即使待测量的外磁场场强较小时，也能够通过传感器本体检测。磁阻传感器本体的结构可以采用现有线性薄膜磁阻传感器的结构，具体可以参照图1和图2。
所述衬底上方还可以设有电流导线，所述电流导线与聚磁层及磁阻传感器本体绝缘隔离，聚磁层能将电流导线产生的感应磁场放大后作用于磁阻传感器本体上。所述电流导线位于聚磁层的上方、下方位置中的一种或两种。所述电流导线包括长直导线、U型导线、一层导线、多层导线、一圈导线或多圈导线。由于聚磁层的材料是软磁材料，其作用是放大被测量外磁场及电流导线上产生的磁场，从而提高薄膜磁阻传感器的灵敏度及测量范围。
下面通过具体的实施例来说明本发明的结构及有效性，具体为：
如图1和图2所示：所述磁阻传感器本体包括种子层1；反铁磁钉扎层2，位于种子层1上；磁性被钉扎层3，位于反铁磁钉扎层2，与反铁磁钉扎层2配合产生的交换耦合场具有第一磁矩；非磁性隔离层4，位于磁性被钉扎层3上，将磁性被钉扎层3与磁性自由层5隔离；磁性自由层5，位于非磁性隔离层4上，具有第二磁矩，所述第二磁矩的方向与第一磁矩的方向相互垂直。磁性自由层5上设置保护层6。
本发明中的反铁磁钉扎层2和磁性被钉扎层3产生的交换耦合场作为磁阻传感器本体的参考层，其交换耦合场的磁矩方向平行于待测外磁场的方向。反铁磁钉扎层2的材料可以是MnIr，MnPt或MnFe等，磁性被钉扎层3的材料和结构可以是CoFe、CoFeB、或CoFe、Ru与CoFe形成的复合层、或CoFe、Ru、CoFeB、Ta、CoFeB形成的复合层、或CoFe、Ta、CoFe、Ru、或CoFeB形成的复合层。非磁性隔离层4的材料可以是Cu、AlO、MgO、HfO、ZrO或TaO等。磁性自由层5的材料可以是CoFeB、CoFe、或CoFeB与NiFe形成的复合层、或CoFe与NiFe形成的复合层、或CoFeB、Ta与NiFe形成的复合层、或CoFe、Ta/与NiFe形成的复合层。聚磁层可以是NiFe、CoZrNb或CoZrHf等。
本发明的薄膜磁阻传感器本体的工艺条件是行业内标准的工艺条件，为本技术领域人员所熟知，在这里只做简单的陈述：1）、当非磁性隔离层4是金属，采用真空镀膜制备下述结构：种子层1、反铁磁钉扎层2、磁性被钉扎层3、非磁性隔离层4，磁性自由层5，保护层6，聚磁层，电流导线。2）、如果非磁性隔离层4是氧化物时，然后采用真空镀膜制备下述结构：种子层1，反铁磁钉扎层2，磁性被钉扎层结构3，磁性自由层5，保护层6，聚磁层，电流导线。
薄膜磁阻传感器本体的薄膜镀完之后，开始回火确定磁性被钉扎层3和反铁磁钉扎层2产生的交换耦合场的方向。在较高的温度下，加大外磁场，外磁场的方向与想要的交换耦合场的方向一致，一般平行于待测量外磁场的方向。
磁性自由层5的第二磁矩方向8与磁性被钉扎层3的第一磁矩方向7相互垂直。磁性自由层5的第一磁矩方向8随着外加磁场9的大小和方向的改变而变化。
磁阻传感器本体的工作原理为：，磁阻传感器本体的磁阻随着磁性自由层5的第二磁矩方向8与磁性被钉扎层3的第一磁矩方向7的夹角的变化而变化；当磁性自由层5的第二磁矩方向8随着外加磁场9的大小和方向的改变而变化时，磁阻传感器本体的磁阻也随之变化。如图2所示，当外加磁场9的方向与磁性被钉扎层3的第一磁矩方向7平行时，同时外加磁场9的强度大于H1时，磁性自由层5的第二磁矩方向8与外加磁场9的方向平行，进而与磁性被钉扎层3的第一磁矩方向7平行，如图2中的第二磁矩第一方向10所示，即第二磁矩第一方向10与第一磁矩方向7平行，这时磁阻传感器本体的磁阻最小。当外加磁场9的方向与磁性被钉扎层3的第一磁矩方向7反平行时，同时外加磁场9的强度大于H2时，磁性自由层5的第二磁矩方向8与外加磁场9的方向平行，进而与磁性被钉扎层3的第一磁矩方向7反平行，如图2中的第二磁矩第二方向11所示，即第二磁矩第二方向11与第一磁矩方向7反平行，这时磁阻传感器本体的磁阻最大。在强度H1与H2之间的磁场范围就是磁阻传感器本体的测量范围。本发明实施例中，第二磁矩第一方向10、第二磁矩第二方向11为第二磁矩方向8的两个取值情况，平行是指夹角为0度，反平行是指夹角为180度，下述表述情况类同，不再一一介绍。
如图3~图11所示：为本发明的结构示意图。其中，包括第一衬底211，所述第一衬底211上设有第三绝缘层214，所述绝缘层214上设有第一磁阻传感器本体207，所述第一磁阻传感器本体207的两侧设置对称分布的第二绝缘层213，第二绝缘层213上设有第一聚磁层205及第二聚磁层206，所述第一聚磁层205、第二聚磁层206通过第一绝缘层212相绝缘隔离，且第一聚磁层205、第二聚磁层206通过第一绝缘层212与第一磁阻传感器本体207绝缘隔离。第一衬底211的材料包括陶瓷或硅，下述衬底的材料相同；第一绝缘层212、第二绝缘层213及第三绝缘层214的材料包括二氧化硅、氮化硅、AlN或三氧化二铝，下述描述绝缘层的材料与此处相同。第一磁阻传感器本体207与第一电流输入电极201、第二电流输入电极202电连接，并与第一电压输出电极203及第二电压输出电极204电连接。第一磁阻传感器本体207内的第一磁阻传感器本体第一磁矩方向209与第一磁阻传感器本体第二磁矩方向208相互垂直。
图4和图5是本发明实施例中，第一聚磁层205与第二聚磁层206可以采用的形状与结构；同时，图6~图10为本发明第一聚磁层205、第二聚磁层206可以采用的形状与结构，第一聚磁层205与第二聚磁层206的形状均可以下述形状中的一种；其中，图6中第一聚磁层俯视结构301为正方形、图7中第二聚磁层俯视结构302为类梯形的结构，图8中为第一聚磁层剖视结构303，图9为第二聚磁层剖视结构304，图10中为第三聚磁层剖视结构305。
如图11所示：本发明实施例中的工作原理为，第二输出线402为不加聚磁层的磁阻传感器本体随外被测量磁场变化的输出线，第一输出线401为本发明随外被测量磁场变化的输出线。从输出线可以看出加增加第一聚磁层205、第二聚磁层206后的第一磁阻传感器本体207的灵敏度要大于不加聚磁层的第一磁阻传感器本体207的灵敏度。
第一磁阻传感器本体207上设置加第一聚磁层205、第二聚磁层206后整体的磁阻随着磁性自由层5的第二磁矩方向8与磁性被钉扎层3的第一磁矩方向7的夹角的变化而变化；当磁性自由层5的第二磁矩方向8随着外加磁场9的大小和方向的改变而变化时，磁阻传感器本体的磁阻也随之变化。如图11所示，当外加磁场9的方向与磁性被钉扎层3的第一磁矩方向7平行时，同时外加磁场9的强度大于H1a时，磁性自由层5的第二磁矩方向8与外加磁场9的方向平行，进而与磁性被钉扎层3的第一磁矩方向7平行，如图11中的第二磁矩第一方向10所示，这时本发明传感器整体的磁阻最小。当外加磁场9的方向与磁性被钉扎层3的第一磁矩方向7反平行时，同时外加磁场9的强度大于H2a时，磁性自由层5的第二磁矩方向8与外加磁场9的方向平行，进而与磁性被钉扎层3的第一磁矩方向7反平行，如图11中的第二磁矩第三方向12所示，这时磁阻传感器本体的磁阻最大。在H1a与H2a之间的磁场范围就是本发明传感器的测量范围。
如图12、图13及图14所示：为本发明磁阻传感器本体与聚磁层、电流导线配合的结构示意图。其中，包括第二磁阻传感器本体707，所述第二磁阻传感器本体707位于第二衬底711上方，第二磁阻传感器本体707通过第六绝缘层714与第二衬底711相绝缘隔离，第二磁阻传感器本体707的两侧设置对称分布的第五绝缘层713，所述第五绝缘层713位于第六绝缘层714上方，第五绝缘层713上设有第三聚磁层705及第四聚磁层706，第三聚磁层705与第四聚磁层706通过第四绝缘层712绝缘隔离，且第三聚磁层705、第四聚磁层706通过第四绝缘层712与第二磁阻传感器本体707绝缘隔离。本发明实施例中，在第三聚磁层705及第四聚磁层706的上方设有第一电流导线710，所述第一电流导线710布置于第四绝缘层712上。第二磁阻传感器本体707与第一电流输入电极701、第二电流输入电极702电连接，且第二磁阻传感器本体707与第三电压输出电极703、第四电压输出电极704电连接。第一电流导线710具有电流导线第一电流端720及电流导线第二电流端721，第一电流导线710内流过的电流具有第一电流流向722，因此第一电流导线710能产生感应磁场，第三聚磁层705、第四聚磁层706能对第一电流导线710产生的感应磁场进行放大，放大后的感应磁场作用于第二磁阻传感器本体707，提高第二磁阻传感器本体707的测量灵敏度。第二磁阻传感器本体707与上述第一磁阻传感器本体207的结构相同，第二磁阻传感器本体707的第二磁阻传感器本体第一磁矩方向709与第二磁阻传感器本体第二磁矩方向708相互垂直。图13与图14显示了，第三聚磁层705与第四聚磁层706两种不同的结构，同时，本技术领域人员应当知道，第一电流导线710可以位于第三聚磁层705、第四聚磁层706的上方或下方，第一电流导线710可以为上述提到任何形式中的一种。
如图15所示：为利用本发明磁阻传感器构成半桥电路的结构示意图。其包括半桥电路第一磁阻传感器本体804及半桥电路第二磁阻传感器本体805，所述半桥电路第一磁阻传感器本体804及半桥电路第二磁阻传感器本体805上均设置对称分布的第五聚磁层806。半桥电路第一磁阻传感器本体804的半桥电路第一磁阻传感器本体第一磁矩方向812与半桥电路第二磁阻传感器本体805的半桥电路第二磁阻传感器本体第一磁矩方向813相平行，半桥电路第一磁阻传感器第二磁矩方向811与半桥电路第二磁阻传感器第二磁矩方向814相互平行。半桥电路第一磁阻传感器本体804与第一电压输入电极801电连接，半桥电路第二磁阻传感器本体805与第二电压输入电极802电连接，半桥电路第一磁阻传感器本体804与半桥电路第二磁阻传感器本体805相连的节点与第五电压输出电极803电连接。
半桥电路上设置第二电流导线824，所述第二电流导线824布置在半桥电路第一磁阻传感器本体804及半桥电路第二磁阻传感器本体805，第二电流导线824具有电流导线第三电流端821及电流导线第四电流端822，通过电流导线第三电流端821及电流导线第四电流端822能在第二电流导线824内流过所需的电流，第二电流导线824内具有第二电流流向823的电流。
当利用上述半桥电路及第二电流导线824对外磁场进行测量时，第五聚磁层805能够将第二电流导线824产生的感应磁场及外磁场进行放大，使之外磁场能处于磁阻传感器的测量范围内，提高灵敏度，具体测量过程及原理可以参考上述描述，此处不再详述。
如图16和图17所示：利用本发明磁阻传感器构成惠斯通全桥电路的结构示意图，其中，包括全桥电路第一磁阻传感器本体911、全桥电路第二磁阻传感器本体912、全桥电路第三磁阻传感器本体913及全桥电路第四磁阻传感器本体914，全桥电路第一磁阻传感器本体911与全桥电路第二磁阻传感器本体912及全桥电路第三磁阻传感器本体913相连接，且全桥电路第二磁阻传感器本体912及全桥电路第三磁阻传感器本体913均与全桥电路第四磁阻传感器本体914电连接，以构成惠斯通电桥。全桥电路第一磁阻传感器本体911、全桥电路第二磁阻传感器本体912、全桥电路第三磁阻传感器本体913及全桥电路第四磁阻传感器本体914上均设置对称分布的第六聚磁层915。
全桥电路第一磁阻传感器本体911与全桥电路第二磁阻传感器本体912相连的端部与第七电压输出电极904相连，全桥电路第三磁阻传感器本体913与全桥电路第四磁阻传感器本体914相连的一端与第六电压输出电极903相连。
上述连接配合后，全桥电路第一磁阻传感器本体911的全桥电路第一磁阻传感器本体第一磁矩方向931与全桥电路第四磁阻传感器本体914的全桥电路第四磁阻传感器本体第一磁矩方向934相平行，全桥电路第二磁阻传感器本体912的全桥电路第二磁阻传感器本体第一磁矩方向932与全桥电路第三磁阻传感器本体913的全桥电路第三磁阻传感器本体第一磁矩方向933相互平行，全桥电路第一磁阻传感器本体第一磁矩方向321与全桥电路第二磁阻传感器本体第一磁矩方向322相互平行。全桥电路第一磁阻传感器本体第二磁矩方向921、全桥电路第二磁阻传感器本体第二磁矩方向922、全桥电路第三磁阻传感器本体第二磁矩方向923及全桥电路第四磁阻传感器本体第二磁矩方向924相互平行。
惠斯通电桥上设置第三电流导线907，所述第三电流导线907穿过每个磁阻传感器本体，第三电流导线907的两端具有电流导线第五电流端905及电流导线第六电流端906，第三电流导线907内具有第三电流流向908。
本发明全桥电路的工作原理为：如图17所示，惠斯通电桥的输出电压为V，所述电压V=Vout(+)-Vout(-)=第六电压输出电极903电压-第七电压输出电极904的电压，随着第三电流导线908中电流的方向和大小的改变而发生变化。当第三电流导线908中的电流从电流导线第六电流端906流向电流导向第五电流端905时，并且电流大于I2时，所述惠斯通电桥的输出电压最高。当第三电流导线908中的电流从电流导线第五电流端905流向电流导线第六电流端906时，并且电流大于I1时，所述惠斯通全桥电路的输出电压最低。因此，电流I1到电流I2之间的电流范围能够调节磁阻传感器的测量范围。
本发明磁阻传感器本体上设置聚磁层，在聚磁层上方或下方设置电流导线，聚磁层能够将电流导线产生的感应磁场及待测外磁场进行放大，从而提高薄膜磁阻传感器的灵敏度及测量范围；精度和线性度高，线性范围可调，工艺简单，响应频率高，成本低，抗干扰性强和温度特性好等。
Claims (9)
1.一种具有聚磁层的线性薄膜磁阻传感器，其特征是，包括：
衬底；
磁阻传感器本体，位于衬底上，具有方向上相互垂直的第一磁矩与第二磁矩；
聚磁层，位于衬底上方，与磁阻传感器本体绝缘隔离，并将待测量外磁场放大后作用于磁阻传感器本体上；
所述磁阻传感器本体包括：
种子层；
反铁磁钉扎层，位于种子层上；
磁性被钉扎层，位于反铁磁钉扎层，与反铁磁钉扎层配合产生的交换耦合场具有第一磁矩；
非磁性隔离层，位于磁性被钉扎层上，将磁性被钉扎层与磁性自由层隔离；
磁性自由层，位于非磁性隔离层上，具有第二磁矩，所述第二磁矩的方向与第一磁矩的方向相互垂直
所述聚磁层的俯视结构为正方形或类梯形。
2.根据权利要求1 所述的具有聚磁层的线性薄膜磁阻传感器，其特征是：所述衬底上方设有电流导线，所述电流导线与聚磁层及磁阻传感器本体绝缘隔离，聚磁层能将电流导线产生的感应磁场放大后作用于磁阻传感器本体上。
3.根据权利要求1 所述的具有聚磁层的线性薄膜磁阻传感器，其特征是：所述衬底的材料包括陶瓷或硅。
4.根据权利要求1 所述的具有聚磁层的线性薄膜磁阻传感器，其特征是：所述聚磁层的材料包括NiFe、CoZrNb或CoZrHf。
5.根据权利要求2 所述的具有聚磁层的线性薄膜磁阻传感器，其特征是：所述电流导线位于聚磁层的上方、下方位置中的一种或两种。
6.根据权利要求2 所述的具有聚磁层的线性薄膜磁阻传感器，其特征是：所述电流导线包括长直导线、U型导线、一层导线、多层导线、一圈导线或多圈导线。
7.根据权利要求1 所述的具有聚磁层的线性薄膜磁阻传感器，其特征是：所述反铁磁钉扎层的材料包括MnIr或MnPt；所述磁性钉扎层的材料包括CoFeB、CoFe、或CoFe、Ru与CoFe形成的复合层、或CoFe、Ru、CoFeB、Ta、与CoFeB形成的复合层；所述非磁性隔离层的材料包括Cu、AlO、MgO、HfO、ZrO或TaO；所述磁性自由层的材料包括CoFeB、CoFe、或CoFeB与NiFe形成的复合层、或CoFe与NiFe形成的复合层、或CoFeB、Ta 与NiFe形成的复合层、CoFe、Ta 与NiFe形成的复合层。
8.一种利用权利要求1 所述具有聚磁层的线性薄膜磁阻传感器电路，其特征是：包括第一线性薄膜磁阻传感器及第二线性薄膜磁阻传感器，所述第一线性薄膜磁阻传感器、第二线性薄膜磁阻传感器形成半桥电路；第一线性薄膜磁阻传感器内参考层的第一磁矩方向与第二线性薄膜磁阻传感器内参考帧的第一磁矩方向反平行；第一线性薄膜磁阻传感器内磁性自由层的第二磁矩反向与第二线性薄膜磁阻传感器内磁性自由层的第二磁矩方向相互平行。
9.根据权利要求8所述的具有聚磁层的线性薄膜磁阻传感器电路，其特征是：还包括第三线性薄膜磁阻传感器及第四线性薄膜磁阻传感器，所述第一线性薄膜磁阻传感器、第二线性薄膜磁阻传感器、第三线性薄膜磁阻传感器及第四线性薄膜磁阻传感器形成惠斯通电桥，其中，所述第一线性薄膜磁阻传感器、第二线性薄膜磁阻传感器、第三线性薄膜磁阻传感器及第四线性薄膜磁阻传感器分别形成上述惠斯通电桥的桥臂，第一线性薄膜磁阻传感器与第四线性薄膜磁阻传感器位于惠斯通电桥的两个相对应的桥臂上，第二线性薄膜磁阻传感器与第三线性薄膜磁阻传感器位于惠斯通电桥的两个相对应的桥臂上，第一线性薄膜磁阻传感器所在的惠斯通电桥的桥臂与第二线性薄膜磁阻传感器及第三线性薄膜磁阻传感器所在的惠斯通电桥的桥臂领接；第一线性薄膜磁阻传感器、第二线性薄膜磁阻传感器、第三线性薄膜磁阻传感器及第四线性薄膜磁阻传感器内对应的第二磁矩方向相互平行；第一线性薄膜磁阻传感器、第二线性薄膜磁阻传感器、第三线性薄膜磁阻传感器及第四线性薄膜磁阻传感器内对应的第一磁矩方向相互平行。
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