基于磁电效应的声表面波磁传感器制造技术

本实用新型专利技术声表面波磁传感器利用磁电复合材料的谐振频率随磁场而变化的或特性测量磁场，其所述压电薄膜远离叉指电极的方向还设置有磁致伸缩薄膜、铁磁或反铁磁层和衬底基片，所述铁磁或反铁磁层位于所述磁致伸缩薄膜和衬底基片之间形成一堆栈结构。本实用新型专利技术的磁传感器具有高灵敏度、高分辨率、易于微型化、与MEMS和CMOS等工艺相兼容、功耗和成本低、驱动电路简单等优点，可辨别外磁场的方向，而且直接输出数字信号，可与现代数字系统直接通讯，无须连接模/数转换器。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】
本技术涉及磁传感器
，具体指一种基于压电材料与磁致伸缩材料相复合的声表面波磁传感器。【
技术介绍
】目前，随着信息产业、工业自动化、电力电子技术、交通运输、医疗仪器、办公自动化、家用电器等飞速发展和电子计算机应用的普及，需要大量传感器将被测非电参量转换成可与计算机兼容的电讯号，这就为磁传感器的快速发展提供了机会，形成了相当可观的磁传感器产业。传统的磁传感器包括基于霍尔效应、各向异性磁阻效应、巨磁阻效应、磁阻抗效应、磁电感效应、磁致伸缩效应、法拉第电磁感应效应、磁通门效应、核磁共振效应、电子顺磁共振效应、法拉第磁光效应、超导量子干涉效应等传感器。由压电材料和磁致伸缩材料复合而成且基于磁电效应的传感器是近年来发展起来的新型磁探测技术。它利用层间磁-弹-电耦合效应测量磁场。当外部施加磁场时，磁致伸缩材料将产生应变，并对压电材料施以应力，从而导致压电材料在电极两端输出电荷。实验室演示的磁场检测灵敏度可以达到pTeSla(10_12T)量级，而且具有成本和功耗低、频率及幅度范围宽等许多优点。J.Y.Zhai、D.T.Huong Giang和N.H.Duc 等人研宄了模拟输出型磁电传感器。它需要在被测磁场的基础上，利用通电螺线管对磁电复合材料施加特定频率的交流磁场，以使压电材料的交流输出幅值与被测磁场成正比，从而获得磁传感信号。然而，基于上述复合材料的磁传感器是粘接成型的，界面结合力不稳定，性能易受工艺和环境的影响，一致性差。而且，磁电效应与复合材料的体积有关，且随着复合材料体积的缩小迅速降低，所以难以实现器件的微型化和磁场方向辨别。另外，使用通电螺线管时需要施加激励电流，会使磁传感器的功耗增加。同时，压电材料的交流输出幅值的检测电路较复杂，无疑会增加磁传感器的成本。 J.Y.Zhai 应用物理快报 91 页(2007 年)，123513 期。(J.Y.Zhai, et al.Appl.Phys.Lett.91 (2007): 123513.)D.T.Huong Giang传感器与执行器物理子刊，179页(2012年)78-82期。(D.T.Huong Giang, et al.Sensor Actuat A:Phys.179(2012):78-82.)N.H.Duc电气和电子工程师协会磁学期刊，49页(2013年)4839-4842期。(N.H.Due, et al.1EEE T.Magn.49(2013):4839-4842.)【
技术实现思路
】本技术的目的在于解决上述磁电传感器界面结合力不稳定、体积大、功耗和磁场方向无法辨别的问题，而提供一种新型结构的利用声表面波进行磁场测量的磁电传感器。本技术基于磁电效应的声表面波磁传感器，包括压电薄膜、设置在压电薄膜下的种子层、设置在压电薄膜上的叉指换能器，其中所述压电薄膜远离叉指换能器的方向还设置有磁致伸缩薄膜、铁磁或反铁磁层和衬底基片，所述铁磁或反铁磁层位于所述磁致伸缩薄膜和衬底基片之间形成一堆栈结构。优选的，所述铁磁层包括NdFeB稀土永磁材料层、AlNiCo或FeCrCo金属永磁材料层、1^?612019或SrFel2019铁氧体永磁材料层。所述反铁磁层包括锰基合金材料层。所述反铁磁层包括IrMn或FeMn层。所述叉指换能器包括叉指电极，和位于叉指电极两端的反射栅。所述叉指电极为Al，Cu，Ag，Au，Pt导体层，厚度为50至100纳米。本技术声表面波磁传感器利用磁电复合材料的谐振频率随磁场而变化的或特性测量磁场，输出周期性振荡信号，且振荡频率与被测磁场成正比。其所述压电薄膜远离叉指电极的方向还设置有磁致伸缩薄膜、铁磁或反铁磁层和衬底基片，所述铁磁或反铁磁层位于所述磁致伸缩薄膜和衬底基片之间形成一堆栈结构。按照本技术的磁传感器具有高灵敏度、高分辨率、易于微型化、与MEMS和CMOS等工艺相兼容、功耗和成本低、驱动电路简单等优点，可辨别外磁场的方向，而且直接输出数字信号，可与现代数字系统直接通讯，无须连接模/数转换器。【【附图说明】】图1为本技术声表面波传感器的剖面结构示意图；图2为本技术声表面波的立体示意图；图3为单极性磁传感器的输出频率-磁场关系曲线；图4为本技术双极性磁传感器的输出频率-磁场关系曲线；图5为铁磁层与磁致伸缩薄膜交换弹簧效应等效示意图；图6为反铁磁层与磁致伸缩薄膜交换偏置效应等效示意图。【【具体实施方式】】下面结合附图，对本技术声表面波传感器作详细说明。参图1-2所示，为本技术声表面波传感器100，它包括压电薄膜50、设置在压电薄膜50下的种子层40、设置在压电薄膜50上的叉指换能器60，所述叉指换能器60包括反射栅61和位于反射栅61之间夹设的叉指电极62。其中所述压电薄膜50远离声表面波器件60的方向还设置有磁致伸缩薄膜30、铁磁或反铁磁层20和衬底基片10，所述铁磁或反铁磁层20位于磁致伸缩薄膜30和衬底基片10之间形成一采用MEMS和CMOS等工艺制成的堆栈结构。本技术传感器的原理是采用声表面波的振动模式，谐振频率主要取决于压电薄膜50和磁致伸缩薄膜30的杨氏模量和材料密度。磁致伸缩薄膜30具有感应外界磁场的作用，其杨氏模量在外界磁场作用下发生很大的改变，当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于磁电效应的声表面波磁传感器，包括压电薄膜、设置在压电薄膜下的种子层、设置在压电薄膜上的叉指换能器，其特征在于：所述压电薄膜远离所述叉指换能器的方向还设置有磁致伸缩薄膜、铁磁或反铁磁层和衬底基片，所述铁磁或反铁磁层位于所述磁致伸缩薄膜和衬底基片之间形成一堆栈结构。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳君，李杨，杨晓非，陈实，童贝，
申请(专利权)人：瑞声光电科技常州有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32