一种单芯片具有校准线圈/重置线圈的高强度磁场X轴线性磁电阻传感器制造技术

一种单芯片具有校准线圈/重置线圈的高强度磁场X轴线性磁电阻传感器，包括高强度磁场单芯片参考桥式X轴磁电阻传感器及校准线圈和/或重置线圈，所述校准线圈为平面线圈,所述重置线圈为平面或三维线圈，所述平面校准线圈和平面重置线圈可以位于衬底之上磁电阻传感单元之下、磁电阻传感单元和软磁通量引导器之间、软磁通量引导器之上或间隙处，所述三维重置线圈缠绕软磁通量引导器和磁电阻传感单元，所述校准线圈和重置线圈分别在磁电阻单元处产生平行于钉扎层方向的校准磁场和自由层方向的均匀重置磁场。本实用新型专利技术通过控制校准线圈/重置线圈电流可实现单芯片X轴线性磁电阻传感器校准及磁状态重置，具有高效、快速、操作方便优点。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及磁性传感器领域，特别涉及一种单芯片具有校准线圈/重置线圈的高强度磁场X轴线性磁电阻传感器。
技术介绍
硅磁传感器主要包括Hall磁传感器、AMR磁传感器、GMR磁传感器。Hall磁传感器通过在衬底上沉积半导体薄膜如碲化铟，通过外磁场对于载流子的路径的偏转来获得不同的阻值，其优点在于，Hall磁电阻传感器所能测量的磁场范围较宽，其缺点在于，磁场灵敏度较低，通常需要引入通量集中器来对外磁场进行放大。AMR磁传感器在衬底上沉积单层磁性薄膜，通过外磁场改变磁性薄膜的磁矩方向，从而改变其两端的电阻，其传感单元和电极均制备成斜条状，以使得电流方向和磁场方向成一定夹角，从而能够对磁场方向进行辨别，其优点在于，传感器单元简单，只有一层薄膜，其缺点在于，传感器磁场变化率较低，灵敏度差。GMR多层薄膜磁传感器是通过磁性薄膜和导电薄膜构成纳米多层薄膜结构形成的磁电阻传感器，通过改变磁性薄膜层的磁化方向，通过磁场对载流子在通过多层薄膜时对磁性载流子路径的改变来改变电阻，其磁电阻变化率相对于AMR传感器得到进一步的提高。与以上技术相比，TMR磁性多层薄膜传感器，通过引入参考磁性层、钉扎层、非金属隔离层以及磁性自由层，通过外磁场来控制自由层的磁化方向，从而改变磁性自由层的两种自旋电子的相对比率，使得从参考自由层隧穿进入磁性自由层的电流变化，导致传感器的电阻发生变化，其磁电阻变化率可以达到200％，远远高于Hall，AMR以及GMR类型的磁电阻传感器。目前，硅磁三轴线性磁电阻传感器在消费电子产品如手机、平板电脑等电子产品中得到广泛的应用，三轴线性磁电阻传感器包括X轴线性磁电阻传感器、Y轴线性磁电阻传感器、Z轴线性磁电阻传感器，但目前为止，这些传感 器主要以Hall、AMR或者GMR为主。因此，为了拓展TMR磁电阻传感器的应用领域和范围，本技术提出了一种单芯片具有校准线圈/重置线圈的高强度磁场X轴线性磁电阻传感器，其具有优良的线性范围和磁场灵敏度，完全可以取代目前的Hall、AMR或者GMR类型的X轴线性磁电阻传感器。
技术实现思路
本技术提出了一种单芯片具有校准线圈/重置线圈的高强度磁场X轴线性磁电阻传感器，在芯片上引入校准线圈/重置线圈，通过在校准线圈中通过适当电流，在敏感磁电阻单元串和参考磁电阻单元串所在位置分别沿X方向产生校准磁场，并且实现通过校准电流的调节实现校准磁场大小的精确调节，由于校准线圈位于所述X轴传感器芯片上，因此测量时只需要通过探针即可以施加电流的方式进行测量，从而提高了测量的效率，并且保证了测量的精度。同样，当X轴磁电阻传感器受外磁场作用发生不可逆的磁化状态改变时，可以在重置线圈中通入电流，在所有磁电阻传感单元处产生沿自由层起始磁化方向的外磁场，从而对自由层磁化状态进行恢复，消除由于磁场作用历史对软磁薄膜磁化状态的影响。本技术所提出的一种单芯片具有校准线圈/重置线圈的高强度磁场X轴线性磁电阻传感器，其特征在于，包括高强度磁场单芯片参考桥式X轴磁电阻传感器、校准线圈和/或重置线圈；所述高强度磁场单芯片参考桥式X轴磁电阻传感器包括位于衬底之上交错排列的参考磁电阻传感单元串和敏感磁电阻传感单元串，以及长条形软磁通量引导器，所述软磁通量引导器包括屏蔽器和衰减器，所述参考磁电阻传感单元串和敏感磁电阻传感单元串分别位于所述屏蔽器和所述衰减器表面的Y轴中心线位置，所述参考磁电阻传感单元串和敏感磁电阻传感单元串电连接成参考桥式结构，敏感方向为X轴方向，所述参考磁电阻传感单元串和敏感磁电阻传感单元串均包括多个磁电阻单元；所述校准线圈为平面线圈，包括平行且串联连接的分别对应于所述参考磁电阻传感单元串和敏感磁电阻传感单元串的参考直导线和敏感直导线，所述参 考直导线和所述敏感直导线分别在所述参考磁电阻传感单元串和敏感磁电阻传感单元串位置处沿磁电阻传感单元敏感方向产生参考校准磁场和敏感校准磁场；所述重置线圈包括多个垂直于所述敏感磁电阻传感单元串和参考磁电阻传感单元串的重置直导线，并在所有磁电阻传感单元串处沿垂直于敏感方向产生相同重置磁场；校准时，所述校准线圈中通过校准电流，在所述敏感磁电阻传感单元串和参考磁电阻传感单元串处分别产生X向敏感校准磁场和参考校准磁场，通过测量所述X轴磁电阻传感器的输出信号，从而实现校准功能；重置时，在所述重置线圈中通过重置电流，在所述每个磁电阻传感单元处沿Y向产生重置磁场，从而实现磁电阻传感单元的磁状态恢复。所述校准线圈的敏感直导线为长条形，宽度为Lx1，其相对于所述衰减器的Y轴中心线对称；所述校准线圈的每一段参考直导线包括两个并联连接的子直导线，所述子直导线为长条形，宽度为Lx2，所述两个子直导线对称分布于所述参考磁电阻传感单元串的两侧，且Lx2小于Lx1，所述参考直导线和所述敏感直导线串联连接。优选地，所述校准线圈的敏感直导线为长条形，宽度为Lx1，其相对于所述衰减器的Y轴中心线对称；所述校准线圈的参考直导线为长条形，宽度为Lx2，其相对于所述屏蔽器的Y轴中心线对称，且Lx1小于Lx2，所述参考直导线和所述敏感直导线串联连接。优选地，所述校准线圈的参考直导线和敏感直导线都位于相邻所述屏蔽器和衰减器之间的间隙处，其中，所述参考直导线位于靠近所述屏蔽器的一侧，所述敏感直导线位于靠近所述衰减器的一侧，所述敏感直导线和所述参考直导线均为长条形，宽度分别为Lx1和Lx2，其中Lx1小于Lx2，所述参考直导线和所述敏感直导线串联连接。所述校准线圈在所述敏感磁电阻传感单元串和所述参考磁电阻传感单元串处沿敏感方向产生的磁场比率接近或超过所述X外磁场在所述敏感磁电阻传感单元串和所述参考磁电阻传感单元串处的沿敏感方向的磁场比率。所述校准线圈位于所述衬底之上、磁电阻传感单元之下，或者位于所述磁电阻传感单元和所述软磁通量引导器之间，或者位于所述软磁通量引导器之 上。优选地，所述校准线圈位于所述衬底之上、所述磁电阻传感单元之下，或者位于所述磁电阻传感单元和所述软磁通量引导器之间，或者位于所述磁电阻传感单元之上且处于所述软磁通量引导器的屏蔽器和衰减器之间的间隙处。所述重置线圈为平面重置线圈，所述重置直导线位于所述磁电阻传感单元阵列的沿X方向排列的磁电阻传感单元串的正上方或者正下方。所述重置线圈为三维重置线圈，包含垂直于所述Y轴中心线的顶层直导线和底层直导线，所述顶层直导线和底层直导线串联形成三维线圈，所述三维线圈缠绕所述软磁通量引导器以及所述磁电阻传感单元，所述顶层直导线和底层直导线分别位于所述软磁通量引导器和磁电阻传感单元的表面，所述顶层直导线和底层直导线在所述表面上各自具有相同排列间隔。所述平面重置线圈可以位于所述衬底之上、磁电阻传感单元之下，或者位于磁电阻传感单元和软磁通量引导器之间，或者位于软磁通量引导器之上。所述重置线圈和校准线圈为高导电率材料，如Cu、Au或Ag。所述重置线圈和/或校准线圈与所述高强度磁场单芯片参考桥式X轴磁电阻传感器之间采用绝缘材料隔离，所述绝缘材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单芯片具有校准线圈/重置线圈的高强度磁场X轴线性磁电阻传感器，其特征在于，包括高强度磁场单芯片参考桥式X轴磁电阻传感器、校准线圈和/或重置线圈；所述高强度磁场单芯片参考桥式X轴磁电阻传感器包括位于衬底之上交错排列的参考磁电阻传感单元串和敏感磁电阻传感单元串，以及长条形软磁通量引导器，所述软磁通量引导器包括屏蔽器和衰减器，所述参考磁电阻传感单元串和敏感磁电阻传感单元串分别位于所述屏蔽器和所述衰减器表面的Y轴中心线位置，所述参考磁电阻传感单元串和敏感磁电阻传感单元串电连接成参考桥式结构，敏感方向为X轴方向，所述参考磁电阻传感单元串和敏感磁电阻传感单元串均包括多个磁电阻单元；所述校准线圈为平面线圈，包括平行且串联连接的分别对应于所述参考磁电阻传感单元串和敏感磁电阻传感单元串的参考直导线和敏感直导线，所述参考直导线和所述敏感直导线分别在所述参考磁电阻传感单元串和敏感磁电阻传感单元串位置处沿磁电阻传感单元敏感方向产生参考校准磁场和敏感校准磁场；所述重置线圈包括多个垂直于所述敏感磁电阻传感单元串和参考磁电阻传感单元串的重置直导线，并在所有磁电阻传感单元串处沿垂直于敏感方向产生相同重置磁场。

【技术特征摘要】
1.一种单芯片具有校准线圈/重置线圈的高强度磁场X轴线性磁电阻传感
器，其特征在于，包括高强度磁场单芯片参考桥式X轴磁电阻传感器、校准线
圈和/或重置线圈；
所述高强度磁场单芯片参考桥式X轴磁电阻传感器包括位于衬底之上交错
排列的参考磁电阻传感单元串和敏感磁电阻传感单元串，以及长条形软磁通量
引导器，所述软磁通量引导器包括屏蔽器和衰减器，所述参考磁电阻传感单元
串和敏感磁电阻传感单元串分别位于所述屏蔽器和所述衰减器表面的Y轴中心
线位置，所述参考磁电阻传感单元串和敏感磁电阻传感单元串电连接成参考桥
式结构，敏感方向为X轴方向，所述参考磁电阻传感单元串和敏感磁电阻传感
单元串均包括多个磁电阻单元；
所述校准线圈为平面线圈，包括平行且串联连接的分别对应于所述参考磁
电阻传感单元串和敏感磁电阻传感单元串的参考直导线和敏感直导线，所述参
考直导线和所述敏感直导线分别在所述参考磁电阻传感单元串和敏感磁电阻
传感单元串位置处沿磁电阻传感单元敏感方向产生参考校准磁场和敏感校准
磁场；
所述重置线圈包括多个垂直于所述敏感磁电阻传感单元串和参考磁电阻
传感单元串的重置直导线，并在所有磁电阻传感单元串处沿垂直于敏感方向产
生相同重置磁场。
2.根据权利要求1所述的一种单芯片具有校准线圈/重置线圈的高强度磁
场X轴线性磁电阻传感器，其特征在于，所述校准线圈的敏感直导线为长条形，
宽度为Lx1，其相对于所述衰减器的Y轴中心线对称；所述校准线圈的每一段
参考直导线包括两个并联连接的子直导线，所述子直导线为长条形，宽度为
Lx2，所述两个子直导线对称分布于所述参考磁电阻传感单元串的两侧，且Lx2
小于Lx1，所述参考直导线和所述敏感直导线串联连接。
3.根据权利要求1所述的一种单芯片具有校准线圈/重置线圈的高强度磁
场X轴线性磁电阻传感器，其特征在于，所述校准线圈的敏感直导线为长条形，

\t宽度为Lx1，其相对于所述衰减器的Y轴中心线对称；所述参考直导线为长条
形，宽度为Lx2，其相对于所述屏蔽器的Y轴中心线对称，且Lx1小于Lx2，
所述参考直导线和所述敏感直导线串联连接。
4.根据权利要求1所述的一种单芯片具有校准线圈/重置线圈的高强度磁
场X轴线性磁电阻传感器，其特征在于，所述校准线圈的参考直导线和敏感直
导线都位于相邻所述屏蔽器和衰减器之间的间隙处，其中，所述参考直导线位
于靠近所述屏蔽器的一侧，所述敏感直导线位于靠近所述衰减器的一侧，所述
敏感直导线和所述参考直导线均为长条形，宽度分别为Lx1和Lx2，其中Lx1
小于Lx2，所述参考直导线和所述敏感直导线串联连接。
5.根据权利要求2-4中任意一项所述的一种单芯片具有校准线圈/重置线
圈的高强度磁场X轴线性磁电阻传感器，其特征在于，所述敏感校准磁场和参
考校准磁场比率大于等于X轴外加磁场在所述敏感磁电阻传感单元串和参考磁
电阻传感单元串处的沿敏感方向的磁场比率。
6.根据权利要求2或3所述的一种单芯片具有校准线圈/重置线圈的高强
度磁场X轴线性磁电阻传感器，其特征在于，所述校准线圈位于所述衬底之上、
所述磁电阻...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯·G·迪克，周志敏，
申请(专利权)人：江苏多维科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32