双轴各向异性磁阻传感器制造技术

一种集成双轴各向异性磁阻传感器可包括第一和第二传感器单元。第一传感器单元的电阻器桥可包括多个磁阻器，每个磁阻器具有各向异性磁阻材料的至少一个带，其纵轴基本平行于材料的技术各向异性轴。第二传感器单元的电阻器桥可包括多个磁阻器，其具有各向异性磁阻材料的多个带，多个带包括具有以第一角度对齐至技术各向异性轴的纵轴的第一子组、以及具有以第二角度对齐至技术各向异性轴的纵轴的第二子组。第二角度可具有与第一角度相同的幅值，但是相对于技术各向异性轴反向定位。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】双轴各向异性磁阻传感器
技术介绍
磁场传感器在各种应用中被用来感测环境磁场。针对这种传感器的应用包括汽车控制系统、地质及空间定位系统、以及医疗器械，此处仅举几例。磁场传感器可使用各种不同的原理和机制来感测磁场。一种类型的磁场传感器是各向异性磁阻传感器(AMR传感器)。AMR传感器依赖于对特定磁材料的电阻率的各向异性灵敏性来实现电或磁电路，这随后可提供代表感测到的环境磁场的特性的输出。一种类型的AMR传感器包括电阻桥电路，其具有由这种各向异性磁材料制成的电阻器。形成电阻器的分开布置的各向异性磁材料也称为磁阻器，通常具有作为磁特性的由与总各向异性的易磁化轴(也称为总各向异性轴)平行的方向上的特征磁场(也称为总各向异性场)表示的总各向异性。总各向异性是第一分量(技术各向异性，取决于材料的晶体结构和处理条件)和第二分量(被称为形状各向异性，取决于形成电阻器的布置的形状)的函数。如果形成电阻器的布置的形状是长条形，则形状各向异性轴一般沿着条形的纵轴。如果不存在环境场，则总各向异性使得磁阻器的磁化自己对准至平行于总各向异性轴，沿着该轴的两个相反的方向之一。如此形成的电阻器对流经材料的电流具有取决于给定时间下电流和材料中出现的磁化的方向之间的角度的电阻。如果存在环境场，其使得电阻器材料中存在的磁化的角度旋转，其中在环境场垂直于总各向异性轴或沿着所谓的灵敏度轴作用时存在最大的旋转和最大的电阻器电阻器变化。在这种情况下，磁化旋转的量反比于总各向异性场，如果环境场远小于总各向异性场。由于总各向异性场是恒定的，所以桥输出的信号由感测到的环境场表示。在利用仅仅具有单个技术各向异性轴的各向异性磁阻材料实现多个这种传感器时，桥型AMR传感器会有问题。例如，在期望实现作为单个集成电路的多轴AMR传感器来感测并输出测量环境磁场的多个不同正交矢量分量的信号，会出现这样情况。出于各种原因，利用具有多个技术各向异性轴的各向异性磁阻材料制造集成电路在技术上很难实现并且成本很高。因此，集成的多轴AMR传感器通常受到限于(至少在实践上)包括具有仅仅单个技术各向异性轴的各向异性磁阻材料。然而，对于多轴桥型AMR传感器的设计和操作，这种限制导致了严重的问题。各向异性磁阻器对环境磁场的敏感度部分地取决于技术各向异性，因为其反比于总各向异性场而且灵敏度轴垂直于总各向异性轴。虽然可能利用强形状各向异性场来消除技术各向异性轴，导致总各向异性轴基本上平行于形状各向异性轴，如果形状各向异性轴非常不同于技术各向异性轴，即，彼此成例如90°，但是整个磁阻器的磁化很可能不再均匀。相反，可能的是将在磁阻器中形成具有各种磁化方向的许多不同的小区域，而且其敏感度由此下降。即使这不会立即发生，但是这可能在经历即使很小的环境场之后发生。这种情况的可能性随着技术和形状各向异性轴之间的角度的增大而增大。换言之，各向异性磁阻材料通常不会保持它们的磁化平行于磁阻带的纵轴，如果该带垂直于技术各向异性轴。因此，一般来说，桥型AMR传感器使得它们的技术各向异性轴以一些预定方式对齐至它们测量的环境磁场的矢量分量。然而，单个技术各向异性轴很难以敏感度最大化的方式对齐至多于一个不同的正交矢量环境场分量，例如对齐至x-轴和y-轴环境场分量。因此，受限于单个技术各向异性轴的多轴桥型集成AMR传感器可能不能针对感测不同环境场矢量分量的每个传感器单元使用相同的传感器设计。而且，如果多轴传感器的特定传感器单元不使其技术各向异性有利地对齐至将被测量的矢量分量，则用于感测磁场的其它矢量分量的另一传感器单元可能不利地对齐至技术各向异性轴，因此能够承受性能衰退。因此，需要一种能够利用仅仅具有单个技术各向异性轴的各向异性磁阻材料制造的多轴桥型集成AMR传感器，但是其仍然能够提供用于单独地感测环境磁场的多个正交矢量分量的良好性能。附图说明为了能够理解本专利技术的特征，下面描述了大量附图。然而，附图仅仅图示了本专利技术的具体实施例，因此不被看作对其范围的限制，本专利技术可包括其它等效实施例。图1是描绘了双轴集成AMR传感器的实施例的电路示意图。图2一部分是俯视布局图而且一部分是电路示意图，描绘了双轴集成AMR传感器的x轴及y轴传感器单元的实施例。图3是描绘了图2中的磁阻层的实施例的俯视集成电路布局图。图4是与图2中描绘的x轴及y轴传感器单元相对应的电阻桥等效电路的实施例的电路示意图。图5A-5C是描绘了针对图2中描绘的y轴传感器单元的磁阻器的响应于y轴环境磁场分量的静态状态下的电流和磁场的实施例的矢量图。图6A-6E是描绘了图2中描绘的x轴传感器单元的响应于y轴及x轴环境磁场分量并针对具有对技术各向异性轴的第一定向的磁阻带的第一子组的磁阻器的静态状态下的电流和磁场的实施例的矢量图。图7A-7E是描绘了图2中描绘的x轴传感器单元的响应于y轴及x轴环境磁场分量并针对具有对技术各向异性轴的第二定向的磁阻带的第二子组的磁阻器的静态状态下的电流和磁场的实施例的矢量图。图8的一部分是俯视集成电路布局图而且一部分是描绘了x轴及y轴传感器单元of双轴AMR传感器的x轴及y轴传感器单元的另一的电路示意图的电路示意图。图9是描绘了图8中描绘的磁阻层的实施例的俯视集成电路布局图。图10是描绘了用于与图8中的描绘类似的x轴传感器单元的实施例的磁阻层的实施例的俯视集成电路布局图。图11是描绘了用于与图8中的描绘类似的x轴传感器单元的实施例的磁阻层的另一实施例的俯视集成电路布局图。图12是描绘了用于与图8中的描绘类似的x轴传感器单元的实施例的磁阻层的另一实施例的俯视集成电路布局图。图13是描绘了用于x轴传感器单元的实施例的磁阻层的另一实施例的俯视集成电路布局图。图14是描绘了用于x轴传感器单元的实施例的磁阻层的另一实施例的俯视集成电路布局图。图15是与图13和14中描绘的磁阻层相对应的八电阻器电路桥的实施例的电路示意图。图16是描绘了双轴AMR传感器的导电线圈的实施例的俯视集成电路布局图。图17是描绘了双轴AMR传感器的导电线圈的另一实施例的俯视集成电路布局图。图18是描绘了双轴AMR传感器的导电线圈的另一实施例的俯视集成电路布局图。图19是描绘了双轴AMR传感器的实施例的双导电线圈的实施例的俯视集成电路布局图。图20是描绘了双轴AMR传感器的实施例的双导电线圈的另一实施例的俯视集成电路布局图。图21是可包括在双轴AMR传感器中或与双轴AMR传感器一起使用的输出处理电路的实施例的电路示意图。具体实施方式双轴AMR传感器可包括x轴传感器单元和y轴传感器单元。传感器可被形成为单个集成电路，其具有仅仅呈现单个技术各向异性轴的各向异性磁阻材料的仅仅单个层或垂直连续的层组。x轴及y轴传感器单元可具有分别对x轴及y轴环境磁场分量的主敏感度，并且根据x轴及y轴环境磁场分量产生输出信号。相反，x轴及y轴传感器单元可具有分别对y轴及x轴环境磁场分量的减小的或者基本为零的敏感度，并根据y轴及x轴环境磁场分量产生减小的或基本为零的输出信号。双轴AMR传感器的x轴及y轴传感器单元的每个可包括由多个磁阻器形成的电阻器桥，每个磁阻器由通过导电串行互连的磁阻材料的一个或多个带组成。y轴传感器单元可包括磁阻带，其纵轴与磁阻材料的技术各向异性轴平行对齐。反向，x轴传感器可包括两个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种传感器，包括：第一传感器单元，其具有包括多个磁阻器的电阻器桥，每个磁阻器具有各向异性磁阻材料的至少一个细长带，该至少一个细长带具有与磁阻材料的技术各向异性轴基本平行的纵轴；以及第二传感器单元，其具有包括多个磁阻器的电阻器桥，该多个磁阻器具有各向异性磁阻材料的多个细长带，其中第二传感器单元的多个带包括：具有以第一角度对齐至技术各向异性轴的纵轴的带的第一子组，以及具有以第二角度对齐至技术各向异性轴的纵轴的带的第二子组，其中第二角度与第一角度具有基本相同的幅值但是具有相反的极性。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.10.21 US 13/278,8271.一种传感器，包括：第一传感器单元，其具有包括多个磁阻器的电阻器桥，每个磁阻器具有各向异性磁阻材料的至少一个细长带，该至少一个细长带具有与磁阻材料的技术各向异性轴基本平行的纵轴；以及第二传感器单元，其具有包括多个磁阻器的电阻器桥，该多个磁阻器具有各向异性磁阻材料的多个细长带，其中第二传感器单元的多个带包括：具有以第一角度对齐至技术各向异性轴的纵轴的带的第一子组，以及具有以第二角度对齐至技术各向异性轴的纵轴的带的第二子组，其中第二角度与第一角度具有基本相同的幅值但是具有相反的极性；以及至少一个导电线圈，配置为选择性地在所述第二传感器单元的多个磁阻器中产生多个不同的磁场以将所述第二传感器单元的多个磁阻器的磁化设置到不同的方向。2.根据权利要求1所述的传感器，其中各向异性磁阻材料具有共同的技术各向异性轴。3.根据权利要求1所述的传感器，其中第二传感器单元的多个磁阻器中的每个均包括来自第一子组的至少一个磁阻带以及来自第二子组的至少一个磁阻带。4.根据权利要求1所述的传感器，其中第二传感器单元的每个磁阻器包括仅仅来自第一子组或仅仅来自第二子组的磁阻带。5.根据权利要求1所述的传感器，其中第一和第二传感器单元的各向异性磁阻材料被布置在各向异性磁阻材料的公共层中。6.根据权利要求1所述的传感器，其中第一和第二传感器单元的各向异性磁阻材料被布置在一个或多个各向异性磁阻材料的公共的垂直连续的层组中。7.根据权利要求1所述的传感器，其中第一和第二传感器单元形成在公共集成电路衬底上。8.根据权利要求1所述的传感器，其中第一传感器单元被配置成对表示y轴环境磁场分量的第一差分电压敏感并输出表示y轴环境磁场分量的第一差分电压。9.根据权利要求1所述的传感器，其中第二传感器单元被配置成对表示x轴环境磁场分量的第二差分电压敏感并输出表示x轴环境磁场分量的第二差分电压。10.根据权利要求1所述的传感器，进一步包括形成在第一和第二传感器单元的每个磁阻器的每个磁阻带顶部或下方的螺旋条状导电带。11.根据权利要求10所述的传感器，其中螺旋条状导电带包括具有相对于相应磁阻带的纵轴的至少两个不同空间定向的带。12.根据权利要求1所述的传感器，其中第一和第二传感器单元的电阻器桥是四电阻器桥。13.根据权利要求1所述的传感器，其中第二传感器单元的电阻器桥是八电阻器桥。14.根据权利要求1所述的传感器，其中第一和第二角度的幅度介于30°和40°之间。15.根据权利要求10所述的传感器，其中多个螺旋条状导电带的纵轴以第三角度对齐至各个磁阻带的纵轴，第三角度介于40°和55°之间。16.根据权利要求1所述的传感器，其中第一和第二传感器单元的每个磁阻带基本上是矩形或细长部分，该矩形或细长部分的长度对齐至其纵轴，该矩形或细长部分的幅度小于所述长度的宽度垂直于纵轴。17.根据权利要求1所述的传感器，进一步包括布置在下述配置中的至少一个中的导电线圈：第一和第二传感器单元的磁阻材料上方的层中，或者第一和第二传感器单元的磁阻材...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·库比克，
申请(专利权)人：科克大学学院，美国亚德诺半导体公司，
类型：发明
国别省市：爱尔兰;IE