一种无需置位/复位装置的各向异性磁电阻AMR传感器制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种无需置位/复位装置的各向异性磁电阻AMR传感器，所述传感器包括基片、交换偏置层、AMR磁阻层和巴贝电极，所述交换偏置层沉积于基片上，所述AMR磁阻层沉积于交换偏置层上，所述AMR磁阻层由多组AMR磁阻条组成，每组AMR磁阻条由多个AMR磁阻条组成，所述巴贝电极按一定规律排布在每个AMR磁阻条上。本实用新型专利技术利用交换偏置层进行耦合，无需复位/置位线圈，由于取消了线圈，使得芯片的功耗大幅度降低，制造工艺更加简单，随之提高了产品的良率，降低了生产成本。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种用于检测磁场矢量分布的磁电阻传感器，包括至少一种沉积于基片之上的各向异性磁电阻器件，此磁电阻器件包括多个通过导电条串联的各向异性磁电阻(AMR)元件。此磁电阻器件采用了巴贝(Barber)电极结构，以提高在微弱磁场下的灵敏度，扩大线性工作范围，并且利用反铁磁层的交换耦合特性，取消了复位/置位装置，进一步降低了传感器的功耗与成本。
技术介绍
各向异性磁电阻(Anisotropy magnetoresistance,AMR)效应是指铁磁材料中的电阻率随铁磁材料的磁化强度和电流方向之间的夹角改变而改变的现象。由汤姆逊在1857年首次发现。利用AMR效应制备的传感器被称为各向异性磁电阻传感器。在当前的AMR传感器设计中，通常会采用一种叫巴贝(Barber)电极的结构：具体来说就是布置在AMR磁阻条上的一些诸如铝、铜、金等的金属导电电极，这些电极与AMR磁阻条长轴成45°结构排列。如图1所示，巴贝电极通过改变电极的结构达到改变电流方向的目的，与其他方法相比，具有体积小、耗能少的优点，从而被广泛采用。专利DE 3442278A1有关于巴贝电极的描述。AMR传感器在使用过程中需要一个额外的磁场对其进行偏置，目的在于提高传感器的线性度和稳定性，同时也可以消除温漂，提高传感器信噪比。DE4221385C2提出在磁电阻层结构附近加入宏观永磁体，采用外加永磁的方法实现偏置，但缺点是传感器尺寸受限，装配复杂。所以外加永磁体逐渐被永磁体薄膜代替，永磁体薄膜沉积在磁阻薄膜附近，并与磁阻薄膜用绝缘膜隔开。该方法的缺点是永磁层的磁畴难以控制，并会产生巴克 豪森噪声。另一种方法是利用反铁磁层的交换耦合作用进行偏置，US 20150061658提到了这一方法。另外，AMR传感器在工作中如果受到外来大磁场的干扰，AMR磁阻条上的磁畴分布会遭到破坏，从而AMR磁阻条上的磁畴随某些方向随机分布，导致传感器灵敏度降低，衰减甚至失效。目前通常的做法是，如US 20130300408A1，在AMR传感器上沉积一个置位/复位线圈，以达到以下目的：使传感器以高灵敏度模式工作；翻转输出响应曲线的极性；提高线性度，减少垂直轴效应和温度的影响。但缺点是增加了功耗且限制了最大测量磁场。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本技术提供了一种无需置位/复位装置的各向异性磁电阻AMR传感器，所述传感器包括基片、交换偏置层、AMR磁阻层和巴贝电极，所述交换偏置层沉积于基片上，所述AMR磁阻层沉积于交换偏置层上，所述AMR磁阻层由多组AMR磁阻条组成，所述巴贝电极按一定规律排布在每个AMR磁阻条上。进一步地，每组AMR磁阻条由多个AMR磁阻条组成。进一步地，所述的多个AMR磁阻条串联连接组成一组AMR磁阻条。进一步地，所述多组AMR磁阻条之间相互平行或多组AMR磁阻条之间按平行和垂直两个方向排列。进一步地，所述每组AMR磁阻条的多个AMR磁阻条上的巴贝电极与所述多个AMR磁阻条具有同一夹角。进一步地，所述AMR磁阻条与排布在所述AMR磁阻条上的巴贝电极之间的夹角为±45°。进一步地，所述交换偏置层由反铁磁材料组成。进一步地，所述AMR磁阻条与排布在所述AMR磁阻条上的巴贝电极构成电阻敏感元件，多个所述电阻敏感元件通过导线连接组成惠斯通电桥。进一步地，所述多个电阻敏感元件包括两种电阻敏感元件，其中一种电阻敏感元件中AMR磁阻条与排布在所述AMR磁阻条上的巴贝电极之间 的夹角为45°，另一种电阻敏感元件中AMR磁阻条与排布在所述AMR磁阻条上的巴贝电极之间的夹角为-45°，所述两种电阻敏感元件交替紧密排列。本技术的无需置位/复位装置的各向异性磁电阻AMR传感器，具有如下有益效果：1、本技术利用交换偏置层进行耦合，无需复位/置位线圈，由于取消了线圈，使得芯片的功耗大幅度降低，制造工艺更加简单，随之提高了产品的良率，降低了生产成本。2、在同一芯片内将AMR磁阻条按平行和垂直两个方向排列，经过45°磁化退火后，可使芯片由单轴变为双轴工作，可同时测量多个方向的磁场。3、设计无梯度效应，测场更加准确。4、与其他设计相比，由于采用电阻对等，无调阻工艺要求。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。图1为巴贝电极的结构示意图；图2为本技术所涉及的一种无需置位/复位装置的各向异性磁电阻(AMR)传感器芯片结构示意图；图3为图2局部放大后的示意图；图4为AMR磁阻条与巴贝电极连接示意图；图5为组成惠斯通电桥电路示意图；图6为本技术所涉及芯片的截面图；图7磁化退火方向及AMR磁阻条的交换耦合磁化示意图；图8为交替密排的电阻单元设计的说明；图9为传统传感器中电阻单元设计的说明。图中：100-无需置位/复位装置的各向异性磁电阻AMR传感器，101-电极，102-电极，103-电极，104-电极，110-AMR磁阻层，120-导线，122-巴贝电极，130-交换偏置层，140-基片，200-AMR传感器芯片，300-AMR传感器芯片。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。本技术所述传感器100的结构如图2、图3所示：多组AMR磁阻条110沿X轴方向或Y轴方向排列(图中为X轴方向)，所述AMR磁阻条上按一定规律排布有巴贝电极122，所述巴贝电极与AMR磁阻条通常呈±45°排列，构成一电阻敏感元件，如R1的多个AMR磁阻条，其上的巴贝电极与AMR磁阻条具有同一夹角如+45°。巴贝电极与AMR磁阻条共同构成芯片的电阻敏感元件，多个这样的电阻敏感元件通过导线120进行连接组成惠斯通电桥，最后再与4个电极(101、102、103、104)连接组成整个芯片，最后组成如图4和图5所示结构。本技术所涉及芯片的截面图如图6所示，在基片140上沉积有交换偏置层130，在所述交换偏置层130上方沉积有AMR磁阻层110。在传统AMR传感器工作过程中如受到外来大磁场的干扰，AMR磁阻条中的磁畴分布会遭到破坏，导致传感器的灵敏度会发生衰减，目前通常的做法是在AMR传感器上沉积一个置位/复位线圈，当有电流通过是利用线圈产生的磁场将AMR磁阻条中的磁畴方向重新统一到一个方向上，以此确保传感器的高灵敏度和可重复性。在本技术中，交换偏置层130由反铁磁材料(PtMn，NiMn，IrMn等)组成，利用交换偏置层130与AMR磁阻层110间的交换耦合作用使磁阻层的磁矩固化并稳定在原始位置上，从而避免外界磁场的干扰，使得本技术无需置位/复位线圈但同样可以达到高灵 敏度，高重复性的目的。下面对本芯片所涉及的交换耦合作用做进一步说明。如图7所示，AMR传感器芯片200与300相邻放本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无需置位/复位装置的各向异性磁电阻AMR传感器，其特征在于，所述传感器包括基片、交换偏置层、AMR磁阻层和巴贝电极，所述交换偏置层沉积于基片上，所述AMR磁阻层沉积于交换偏置层上，所述AMR磁阻层由多组AMR磁阻条组成，每组AMR磁阻条由多个AMR磁阻条组成，所述巴贝电极规律排布在每个AMR磁阻条上。

【技术特征摘要】
1.一种无需置位/复位装置的各向异性磁电阻AMR传感器，其特征在于，所述传感器包括基片、交换偏置层、AMR磁阻层和巴贝电极，所述交换偏置层沉积于基片上，所述AMR磁阻层沉积于交换偏置层上，所述AMR磁阻层由多组AMR磁阻条组成，每组AMR磁阻条由多个AMR磁阻条组成，所述巴贝电极规律排布在每个AMR磁阻条上。2.根据权利要求1所述的无需置位/复位装置的各向异性磁电阻AMR传感器，其特征在于，所述的多个AMR磁阻条串联连接组成一组AMR磁阻条。3.根据权利要求2所述的无需置位/复位装置的各向异性磁电阻AMR传感器，其特征在于，所述多组AMR磁阻条之间相互平行排列。4.根据权利要求3所述的无需置位/复位装置的各向异性磁电阻AMR传感器，其特征在于，同一组AMR磁阻条中的每一个AMR磁阻条与位于其上的巴贝电极的夹角相同。5.根据权利要求4所述的无需置位/复位...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛松生，雷啸锋，沈卫锋，丰立贤，
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