磁性传感器设备和用于具有磁阻结构的磁性传感器设备的方法技术

本发明专利技术涉及磁性传感器设备和用于具有磁阻结构的磁性传感器设备的方法。实施例涉及包括磁阻结构（501）的磁性传感器设备（500）。磁阻结构（501）包括磁性自由层（502），该磁性自由层（502）配置成自发地生成自由层（502）中的闭合通量磁化模式。磁阻结构（500）还包括具有非闭合通量参考磁化模式的磁性参考层（506）。磁性传感器设备（500）还包括电流发生器（580），该电流发生器（580）配置成生成磁阻结构（501）的一个或多个层中的电流。所述电流具有垂直于参考磁化模式的非零定向分量。

【技术实现步骤摘要】
磁性传感器设备和用于具有磁阻结构的磁性传感器设备的方法
本公开涉及磁性传感器设备和用于包括磁阻结构的磁性传感器设备的方法。
技术介绍
磁阻效应包括许多不同的物理现象，所有这些物理现象的共同之处在于电阻元件的电阻可通过穿透电阻元件的磁场的行为更改。利用磁阻效应的技术有时被称为“xMR技术”，其中“x”指示在此可以应对的众多效应，举几个例子，比如巨磁阻（GMR）效应、隧道磁阻（TMR）效应或各向异性磁阻（AMR）效应。xMR效应可以应用在各种基于场的传感器中，例如用于测量分辨率、角度等。在一些应用中，尤其在与安全相关的应用中，要求这些传感器可靠且以高精度水平进行操作。由于传感器的滞后行为可能造成出错的测量结果，因此可以使用具有以涡流配置的自由层的磁性xMR传感器概念。这样的传感器可以具有几乎为零的滞后。换言之，低滞后可能在存在自由层中的涡流磁化状态（磁场）的情况下实现并且可能在诸如车轮速度感测、电流感测或线性场感测之类的应用中尤其是令人感兴趣的。涡流磁化状态的特征在于具有磁化的局部不同的取向，该取向基本上指向在半球内的所有可能方向上。然而，涡流磁化状态可能造成具有平行磁化的自由层的区的形成，并且照此具有相对于参考磁化的反平行磁化。因此，这些区可能分别导致对经过它们的电流的低或高电阻率。这进而可能造成作为外部场强度的函数的电阻行为方面的不合期望的非对称或非线性。外部场和外部场强度通常是要测量的量。换言之，例如，取决于外部场在强度方面是增加还是减小，或者取决于场强度的起始值，外部场强度以相同量的改变可能造成以不同量的电阻漂移。可以在所谓的电阻传递函数中描述取决于外部磁场强度（或涡流位置）的电阻行为。因而合期望的是提供一种展现更加对称且更加线性的电阻行为的传感器元件。
技术实现思路
根据第一方面，本公开提供一种包括磁阻结构的磁性传感器设备。磁阻结构包括磁性自由层，该磁性自由层配置成自发地生成自由层中的闭合通量磁化模式。磁阻结构还包括具有非闭合通量参考磁化模式的磁性参考层。磁性传感器设备还包括电流发生器，该电流发生器配置成生成磁阻结构的一个或多个层中的电流。电流具有垂直于参考磁化模式的非零定向分量。磁阻结构可以例如由交替的磁性和非磁性层形成。术语“磁性”和“非磁性”在该上下文中可以被理解为“铁磁”和“非铁磁”。“非磁性”层因而可以具有顺磁、抗磁或反铁磁性质。层可以基本上延伸到具有三个成对垂直的方向x、y和z的笛卡尔坐标系的两个方向x和y上。换言之，层到第三方向z上的延伸与其到第一和第二方向x和y上的延伸相比而言可以相对小。如果方向x对应于参考磁化的方向，电流可以例如具有等于零的定向x分量以及非零y和z分量。闭合通量磁化模式还可以被称为涡流状态。自发生成的涡流状态可以例如紧接在其产生之后而在自由层中形成，或者在不施加外部场的情况下形成。换言之，非闭合通量参考磁化模式可以对应于具有零旋度和零散度的均匀、笔直、单轴或线性磁场。允许电流至少部分地垂直于参考磁化而流动可以迫使电流经过具有低电阻率的磁阻结构内的区段，并且还经过具有高电阻率的区段。换言之，电流可以可能遵循的多个路径的电阻率中的差异因而可以显著降低。因而，相比于具有平行于参考磁化行进的电流的常规传感器，任何给定路径可能不及另一个优选，从而造成较少非对称或更加线性的电阻传递函数。在一些实施例中，电流发生器配置成生成具有平面内非零定向分量的电流，例如基本上平行于磁阻结构的一个或多个层的平面。换言之，电流发生器配置成生成具有垂直于参考磁化模式的非零定向分量的平面内电流。术语平面内可以涉及磁阻结构的层，例如自由层，该层主要在x-y平面中延伸。因此，垂直于参考磁化模式的平面内分量换言之可以对应于y分量。该结构还被称为电流在平面内（CIP）传感器结构。因此，在一些实施例中，磁阻结构可以对应于电流在平面内（CIP）结构。在一些实施例中，电流发生器配置成生成垂直于参考磁化模式的磁阻结构（例如磁性自由层）中的电流。换言之，电流的z分量也可以为零。更加均匀的电流分布的效果因而可以增加或甚至最大化。在一些实施例中，磁性自由层具有中心对称形状。该形状换言之可以由绕平行于z方向的中心轴旋转预定角度而产生，并且例如包括等角、等边或正多边形（三角形、正方形、六边形等）或椭圆形。因而可以可能的是促进自发的涡流形成。在一些实施例中，电流发生器至少包括耦合到磁阻结构或其自由层的第一电极和耦合到磁阻结构或自由层的第二电极，以导致在具有垂直于参考磁化模式的分量的方向上在第一与第二电极之间的磁阻结构中的电流。这可以迫使电流遵循穿过低电阻率区和高电阻率区的路径。针对电流的可能路径的总体相应电阻率可能与彼此更少地不同，从而造成更加均匀散布的电流分布。后者进而可以造成更加对称的电阻传递函数。在一些实施例中，第一电极和第二电极位于磁阻结构或自由层的相对侧上。因此，磁阻结构或自由层的宽度可以被更高程度地利用，这进而可以增加传感器范围。在一些实施例中，第一电极和/或第二电极在平行于参考磁化模式的方向上横跨自由层的直径的至少50%。如果自由层具有非圆形形状，则直径可以对应于例如椭圆形的长轴或短轴，或者多边形的内接圆或外接圆的直径。因此，自由层在参考磁化模式的方向上的宽度可以被更高程度地利用，这可以移除由穿过涡流中心的电流路径引起的不合期望的效应。在一些实施例中，第一电极与第二电极之间的距离在垂直于参考磁化模式的方向上是自由层的直径的至少50%。传感器范围因而可以增加，或者可以减轻传感器范围中的降低。在一些实施例中，第一电极和/或第二电极至少包括第一电极区和分离的第二电极区。磁阻结构或自由层与第一电极区之间的接触区在空间上与磁阻结构或自由层与第二电极区之间的接触区分离。这可以提供使电流避免直接穿过涡流中心的可能性，其否则可能造成扰动效应。电阻传递函数中的非对称性因而可以被甚至进一步降低。在一些实施例中，第一和第二电极中的至少一个具有平行于参考磁化模式延伸并且面向第一和第二电极的相对侧的边缘。这可以使得能够实现针对可能（直接）电流路径的相等长度，这可以造成更加均匀散布的电流分布或电通量。在一些实施例中，第一和第二电极中的至少一个具有矩形形状，该矩形形状具有沿参考磁化模式的主延伸。具有矩形电极的自由层的产生可以例如不那么复杂。在一些实施例中，磁阻结构对应于巨磁阻（GMR）结构或隧道磁阻（TMR）结构。因而各种实现可以适用于不同的传感器类型。根据另一方面，一些实施例涉及磁阻传感器元件。磁阻传感器元件包括磁性自由层，该磁性自由层配置成自发地生成自由层中的涡流磁化模式。磁阻传感器元件还包括具有线性或笔直参考磁化模式的磁性参考层。磁阻传感器元件还包括第一电接触部分，所述第一电接触部分耦合到磁阻元件的一个或多个层并且在平行于参考磁化模式的方向上横跨自由层的直径的至少50%。另外，磁阻传感器元件包括第二电接触部分，所述第二电接触部分与第一电接触部分相对地耦合到一个或多个层并且在平行于参考磁化模式的方向上横跨自由层的直径的至少50%。第一和第二电接触部分配置成在所述一个或多个层中生成垂直于参考磁化模式的第一与第二电接触部分之间的电场。在一些实施例中，磁性自由层具有旋转对称形状。优选地，自由层可以具有圆盘或椭圆形的形状，尽管自由本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁性传感器设备，包括：磁阻结构，包括磁性自由层和具有非闭合通量参考磁化模式的磁性参考层，所述磁性自由层配置成自发地生成自由层中的闭合通量磁化模式；以及电流发生器，配置成生成磁阻结构的一个或多个层中的电流，所述电流具有垂直于参考磁化模式的非零定向分量。

【技术特征摘要】
2016.02.09 DE 102016102214.41.一种磁性传感器设备，包括：磁阻结构，包括磁性自由层和具有非闭合通量参考磁化模式的磁性参考层，所述磁性自由层配置成自发地生成自由层中的闭合通量磁化模式；以及电流发生器，配置成生成磁阻结构的一个或多个层中的电流，所述电流具有垂直于参考磁化模式的非零定向分量。2.权利要求1的磁性传感器设备，其中电流发生器配置成生成具有平面内非零定向分量的电流。3.权利要求1的磁性传感器设备，其中电流发生器配置成生成垂直于参考磁化模式的电流。4.权利要求1的磁性传感器设备，其中磁性自由层具有中心对称形状。5.权利要求1的磁性传感器设备，其中电流发生器至少包括耦合到磁阻结构的第一电极和耦合到磁阻结构的第二电极，以导致在具有垂直于参考磁化模式的分量的方向上的第一与第二电极之间的磁阻结构中的电流。6.权利要求5的磁性传感器设备，其中第一电极和第二电极位于自由层的相对侧上。7.权利要求5的磁性传感器设备，其中第一电极和/或第二电极在平行于参考磁化模式的方向上横跨自由层的直径的至少50%。8.权利要求5的磁性传感器设备，其中第一电极与第二电极之间的距离在垂直于参考磁化模式的方向上是自由层的直径的至少50%。9.权利要求5的磁性传感器设备，其中第一电极和/或第二电极至少包括第一电极区和分离的第二电极区，其中自由层与第一电极区之间的接触区在空间上与自由层与第二电极区之间的接触区分离。10...

【专利技术属性】
技术研发人员：A巴赫莱特纳霍夫曼，H布吕克尔，K普吕格尔，W拉贝格，A扎茨，D聚斯，T武尔夫特，
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