用于生成闭合通量磁化图案的磁阻传感器和方法技术

本申请涉及用于生成闭合通量磁化图案的磁阻传感器和方法。磁阻传感器包括磁性参考层。磁性参考层包括预定旋转方向的永久闭合通量磁化图案。此外，磁阻传感器包括磁性自由层。磁性自由层的总横向面积小于磁性参考层的总横向面积。磁性自由层的质心相对于磁性参考层的中心体被横向移位。

【技术实现步骤摘要】
用于生成闭合通量磁化图案的磁阻传感器和方法
示例涉及用于在磁性层堆叠的磁性参考层中生成闭合通量磁化图案的磁阻传感器和方法。
技术介绍
磁阻效应基于许多不同的物理现象。所有这些现象的共同之处在于：电阻元件的电阻可以通过穿透该电阻元件的磁场而是可改变的。利用磁阻效应的技术有时被称为“xMR技术”，其中“x”指示可以在这里处理大量效应，仅举几例，例如巨磁阻(GMR)效应、隧道磁阻(TMR)效应、或各向异性磁阻(AMR)效应。可将xMR效应应用于各种基于场的磁阻传感器中，例如以用于测量旋转、角度等。磁阻传感器通常包括一个或多个具有固定参考磁化的磁阻器，用于测量外部磁场的量值和/或方向。这些磁阻传感器的制造常常需要磁阻器的局部磁化过程。这可能是麻烦的，因为局部磁化过程常常必须一个接一个地进行，这可能是耗时的且因此是昂贵的。因此，寻求磁阻传感器的新概念，其容易制造并降低制造成本，同时保持高且精确的传感器性能。至少可以通过本公开的主题来部分地满足这样的需求。
技术实现思路
根据本公开的第一方面，提供了一种磁阻传感器。磁阻传感器包括磁性参考层。磁性参考层包括预定旋转方向的(例如永久)闭合通量磁化图案。此外，磁阻传感器包括磁性自由层。磁性自由层的总横向面积小于磁性参考层的总横向面积。磁性自由层的质心相对于磁性参考层的质心被横向移位。根据本公开的第二方面，提供了一种用于在磁性层堆叠的磁性参考层中生成预定旋转方向的(例如永久)闭合通量磁化图案的方法。该方法包括将预定方向的外部磁场施加到磁性层堆叠，引起磁性层堆叠的钉扎层和磁性参考层的磁性饱和。此外，该方法包括减少外部磁场以在磁性参考层中形成第一闭合通量磁化图案，并在钉扎层中形成第二闭合通量磁化图案。附图说明装置和/或方法的一些示例将在下面仅作为示例并参考附图来描述，其中图1示出了磁阻传感器的电路示意图；图2a至图2b示出了磁阻传感器的示意性顶视图；图2c示出了磁阻传感器的磁性层堆叠；图2d示出了具有主体部分和突出部分的磁性参考层的横向截面；图2e至图2h示出了具有主体部分和突出部分的磁性参考层中的磁场的模拟结果；图2i示出了具有主体部分和突出部分的另一磁性参考层的横向截面；图2j示出了包括两个横向分离部分的磁性参考层和磁性自由层的三维视图；图3a至图3i以示意性顶视图示出了磁阻传感器的若干示例；图4a至图4b示出了经受外部磁场的磁阻传感器；图4c至图4d示出了磁阻传感器的磁性层堆叠的不同的可能构造的示意性垂直截面；图5a至图5d示出了磁阻传感器的桥接电路的示意图，该磁阻传感器包括磁性参考层的两个或更多横向分离部分，每个部分具有闭合通量磁化图案；图6a至图6b示出了具有垂直电流路径的磁性层堆叠的不同的可能构造的示意性垂直截面；和图7示出了用于在磁性层堆叠的磁性参考层中生成预定旋转方向的永久闭合通量磁化图案的方法的流程图。具体实施方式现在将参照附图更全面地描述各种示例，在附图中示出了一些示例。在附图中，为了清楚起见，线、层和/或区域的厚度可能被夸大。因此，虽然其他示例能够具有各种修改和替代形式，但是在附图中示出并且随后将详细描述其一些特定示例。然而，该详细描述并不将其他示例局限于所描述的特定形式。其他示例可以涵盖落入本公开的范围内的所有修改、等同物和替换。在整个附图的描述中，相同的数字指代相同或类似的元件，在提供用于相同或类似的功能性时，当彼此相比时这些元件可以相同地或以修改的形式被实现。将理解，当元件被称为“连接”或“耦合”到另一元件时，这些元件可以直接连接或耦合或者经由一个或多个中间元件。如果使用“或”组合两个元件A和B，则这将被理解为公开了所有可能的组合，即：只有A、只有B以及A和B。对于用于相同组合的替代措辞是“A和B中的至少一个”。这适用于超过2个元件的组合。为了描述特定示例的目的而在本文中使用的术语不意图限制其他示例。无论何时使用诸如“一”、“一个”和“该”的单数形式并且仅使用单个元件既不明确地也不隐含地被定义为是强制性的，其他示例也可以使用多个元件来实现相同的功能性。类似地，当功能性随后被描述为使用多个元件来实现时，其他示例可以使用单个元件或处理实体来实现相同的功能性。将进一步理解的是，术语“包括”和/或“包含”在被使用时指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、过程、动作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、过程、动作、元件、组件和/或其任何群组的存在或添加。除非另外定义，否则所有术语(包括技术术语和科学术语)在本文中均以其示例所属领域的普通含义进行使用。介绍性地，图1示出了基于xMR效应的磁阻传感器100的电路示意图。磁阻传感器100可以用作角度传感器以测量外部施加的磁场101的方向。磁阻传感器100包括第一桥接电路105和第二桥接电路108(或者可替代地可以包括至少两个半桥电路)。第一桥接电路105和第二桥接电路108都连接到公共电源电压VDDa和公共接地电位GND。第一桥接电路105可以递送外部施加的磁场101的x分量的测量结果。第二桥接电路108可以递送外部施加的磁场101的y分量的测量结果。如图1中所示的坐标系所指示的，外部施加的磁场101的x分量和y分量相对于彼此正交并且平行于磁阻传感器100的芯片表面(例如，平行于第一桥接电路105和第二桥接电路108的表面)。第一桥接电路105包括在x方向上具有参考磁化的两个磁阻器和在x反方向上具有参考磁化的两个磁阻器，如由第一桥接电路105的磁阻器内部的箭头所指示的。第一桥接电路105的桥接电压Vx于是可以指示外部施加的磁场101的x分量的量值Bx。类似地，第二桥接电路108包括在y方向上具有参考磁化的两个磁阻器和在y反方向上具有参考磁化的两个磁阻器，如由第二桥接电路108的磁阻器内部的箭头所指示的。第二桥接电路108的桥接电压Vy于是可以指示外部施加的磁场101的y分量的量值By。如果磁阻传感器100基于GMR效应或基于TMR效应，则磁阻传感器100可以被用于在360°内明确地测量外部施加的磁场101的方向。AMR磁阻传感器可以在180°内明确地测量外部施加的磁场101的方向。可以从反正切函数arctan(By/Bx)计算外部施加的磁场101的方向(或角度)。为此，磁阻传感器100可以包括评估电路(图1中未示出)。可选地，可以提供安全测量，其中监测外部施加的磁场101的量值假设外部施加的磁场如在许多应用中给出的量值上是恒定的，其在两个传感器信号分量(例如桥接电压Vx和Vy)的校准和温度补偿之后应该是恒定的。但是，这种检查可能具有有限的准确性，并且由于其依赖于绝对值而可能不会达到非常高的诊断覆盖率。用于提供第一桥接电路105和第二桥接电路108的磁阻器的参考磁化的局部磁化过程可以包括：利用激光在期望方向(例如，磁阻器的参考磁化的期望方向)的外部磁场内施加局部加热。可以在加热状态下分别将每个磁阻器局部磁化至其钉扎方向(例如，至其参考磁化的方向)。这个过程可能很耗时，因此成本高。根据本公开的至少一些实施例可以克服和/或规避这种耗时且昂贵的磁化过程。图2a示出了根据一个实施例的磁阻传感器200-A的示意性顶视图。磁阻传感器200-A包括磁性参考层220。磁性参考层220包括预定旋转本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁阻传感器(200‑A，200‑B)，包括：磁性参考层(220)，所述磁性参考层(220)包括具有预定的旋转方向的闭合通量磁化图案(222)；和磁性自由层(230)，所述磁性自由层(230)的总横向面积小于所述磁性参考层(220)的总横向面积，其中所述磁性自由层(230)的质心(231)相对于所述磁性参考层(220)的质心(221)被横向移位。

【技术特征摘要】
2017.06.07 DE 102017112546.91.一种磁阻传感器(200-A，200-B)，包括：磁性参考层(220)，所述磁性参考层(220)包括具有预定的旋转方向的闭合通量磁化图案(222)；和磁性自由层(230)，所述磁性自由层(230)的总横向面积小于所述磁性参考层(220)的总横向面积，其中所述磁性自由层(230)的质心(231)相对于所述磁性参考层(220)的质心(221)被横向移位。2.根据权利要求1所述的磁阻传感器(200-A，200-B)，其中，所述磁性参考层(220)包括主体部分(224)和与所述主体部分(224)横向相邻的突出部分(226)，其中所述主体部分(224)包括所述闭合通量磁化图案(222)，其中所述突出部分(226)的磁化图案(225)被配置为预先确定所述闭合通量磁化图案(222)的所述旋转方向。3.根据权利要求2所述的磁阻传感器(200-A，200-B)，其中，在所述突出部分(226)和所述主体部分(224)的横向接合处附近，所述突出部分(226)的所述磁化图案(225)与所述主体部分(224)的所述闭合通量磁化图案(222)相反地定向。4.根据权利要求2所述的磁阻传感器(200-A，200-B)，其中所述突出部分(226)的长度(227)大于所述突出部分(226)的宽度的两倍。5.根据权利要求2所述的磁阻传感器(200-A，200-B)，其中，所述突出部分(226)与所述主体部分(224)相切地延伸。6.根据权利要求2所述的磁阻传感器(200-A，200-B)，其中，所述主体部分(224)具有旋转对称的横向截面。7.根据权利要求2所述的磁阻传感器(200-A，200-B)，其中，所述磁性自由层(230)与所述突出部分(226)之间的最小横向距离大于所述主体部分(224)的最大横向延伸的10％。8.根据权利要求1所述的磁阻传感器(200-A，200-B)，其中，在所述磁性自由层(230)的至少一部分(230-1、230-2)的垂直上方或下方的所述闭合通量磁化图案(222)具有平行于所述磁性自由层(230)的平均磁通量密度分量，所述平均磁通量密度分量不为零，其中所述磁性自由层的所述一部分(230-1、230-2)由电绝缘材料横向围绕。9.根据权利要求1所述的磁阻传感器(200-A，200-B)，其中，在所述磁性自由层(230)的至少一部分(230-1、230-2)的垂直上方或下方的所述闭合通量磁化图案(222)的方向改变至多90°，其中所述磁性自由层的所述一部分(230-1、230-2)由电绝缘材料横向围绕。10.根据权利要求1所述的磁阻传感器(200-A，200-B)，其中，所述磁性自由层(230)包括第一部分(230-1)和与所述第一部分(230-1)横向分离的至少一个第二部分(230-2)。11.根据权利要求10所述的磁阻传感器(200-A，200-B)，其中，在所述磁性自由层的所述第一部分(230-1)的垂直上方或下方的所述闭合通量磁化图案(222)的第一平均方向不同于在所述磁性自由层的所述第二部分(230-2)的垂直上方或下方的所述闭合通量磁化图案(222)的第二平均方向。12.根据权利要求11所述的磁阻传感器(200-A，200-B)，其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·哈默施密特，A·萨茨，J·齐默，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE