一种线性各向异性磁阻传感器及其制备方法技术

本发明专利技术属于磁性材料与元器件技术领域，具体为一种线性各向异性磁阻传感器及其制备方法。本发明专利技术将互不连通的N个平行四边形磁阻条，互不连通的N‑1～N+1个平行四边形导电层，以互相交错的方式平铺设置于基片上同一水平面，磁阻条通过嵌入的导电层实现电连通；这使所有磁阻部分的电流方向相同且清晰，明显降低输出电信号的噪音；嵌入在磁阻条中的导电层不需要以厚度来实现改变电流方向的作用，降低了整个器件的厚度，提高了结构稳定性。最终本发明专利技术在保证电流偏置效果的前提下，实现了导电层更薄和输出信号噪音更少。

【技术实现步骤摘要】
一种线性各向异性磁阻传感器及其制备方法
本专利技术属于磁性材料与元器件
，具体为一种线性各向异性磁阻传感器及其制备方法。
技术介绍
各向异性磁阻效应(AMR，AnisotropicMagnetoresistance)是指在磁性材料中(如NiFe、CoFe、Co等)，当磁性材料的磁矩与电流的夹角发生变化时，材料的电阻也随之变化的现象。各向异性磁阻的大小R满足：R＝R0+ΔRcos2θ，其中，R0是零磁场下的电阻值；ΔR是各向异性磁阻最大变化值；θ是电流方向与磁性层磁化方向的夹角。线性各向异性磁阻传感器是基于各向异性磁阻效应，利用特定制备条件下磁性材料磁矩取向随外磁场大小变化呈线性，在固定电流大小和方向的前提下，利用磁矩与电流间夹角的线性变化实现对磁场大小的测量。线性各向异性磁阻传感器的结构简单，制备工艺也不复杂，成本较低，是目前磁性传感器家族中的重要一员。线性各向异性磁阻传感器一般选用长条形磁性材料，在制备过程中使材料的磁矩沿长轴方向排列，测试时在长轴方向施加电流，短轴方向施加外磁场，测量磁阻随外磁场的变化。当没有电流偏置的时候，磁阻随外磁场的变化在零点附近是非线性的。目前通常将磁阻条沉积成惠斯通电桥的形状，然后在磁阻条上沉积导电层的方式，引导磁阻条上的电流偏置一定角度，让电流方向与磁化方向的夹角θ有一个初始值，通常为30°至60°，使得磁阻条的电阻变化在零磁场附近呈线性输出，实现线性各向异性磁阻传感器的功能。其结构如图1、图2所示。然而导电层沉积在磁阻条上面，需要足够的厚度，一般为200nm及以上，才能有良好的电流偏置效果。但是当导电层较厚的时候，导电层与磁阻条的粘附性比较低，易脱落，且导电层内部应力较大。传感器在退火时，较厚的导电层更容易出现形变，形状不可控。另一方面，当传感器工作时，表面无导电层的磁阻条中流过的电流是按设计方向偏置的，但是表面有导电层的磁阻条中的电流是没有按设计方向偏置的，这两部分磁阻条中的电流方向不一致，从而降低了传感器输出信号随磁场变化的线性度，也增加了输出信号的噪音。综上，线性各向异性磁阻传感器通过导电层在磁阻条上方的方式来实现电流偏置，存在导电层薄膜较厚，输出信号有噪音等问题。因此，若能从制备线性各向异性磁阻传感器的导电层工艺及结构入手，提供一种导电层更薄，结构更稳定，电流偏置效果更明显清新，且输出信号噪音更少的方式，将有利于线性各向异性磁阻传感器的发展及应用领域。
技术实现思路
针对上述存在问题或不足，为实现线性各向异性磁阻传感器在保证电流偏置效果的前提下，导电层更薄和输出信号噪音更少的技术问题；本专利技术提供了一种线性各向异性磁阻传感器及其制备方法。本专利技术采用将导电层嵌入磁阻条的方式，实现电流偏置；其磁阻部分设计如图3所示，将导电层设置在间断的磁阻条之间(结构示意图如图4)，达到减小导电层厚度，提高电流偏置效率，降低传感器输出信号噪音的目的。该线性各向异性磁阻传感器包括：基片、导电层和磁阻条。基片用于承载导电层和磁阻条，且不导电。所述磁阻条为相互不连通的N个平行四边形，导电层为相互不连通的N-1～N+1个平行四边形，磁阻条与导电层互相交错平铺设置于基片上同一水平面，磁阻条通过嵌入的导电层实现电连通，N≥3。进一步的，所述导电层选用N+1个，即互相交错平铺设置的导电层和磁阻两端首尾位置均为导电层。进一步的，还包括覆盖在导电层和磁阻条表面的保护层。其制备方法，包括以下步骤：步骤1：在绝缘基片上采用光刻工艺曝光出间断的N个平行四边形磁阻条图案。步骤2：在步骤1处理之后的基片上采用磁控溅射工艺沉积磁阻条。步骤3：在步骤2处理之后的基片非磁阻条位置填充N-1～N+1个平行四边导电层，通过导电层使相邻磁阻条之间实现电连通。进一步的，步骤3处理之后基片的上表面还镀有一层保护磁阻层和导电层的保护层。本专利技术将偏置电流的导电层以嵌入的方式制作在磁阻条间，使所有磁阻部分的电流方向相同且清晰，明显降低输出电信号的噪音；在磁阻部分运动的电流方向垂直于导电层和磁阻部分的交界面，实现电流偏置作用。嵌入在磁阻条中的导电层不需要较大的厚度来实现改变电流方向的作用，仅需要保持各磁阻条之间的电连通即可清晰准确地改变电流方向，因此导电层的厚度没有要求，进而大大降低了整个器件的厚度，提高了结构稳定性。传感器工作时的电流全部以预设的方向通过磁阻部分，以预设的方向通过导电层，电流方向明确且互不影响，降低信号噪音，提高传感器测试性能。综上所述，本专利技术在保证电流偏置效果的前提下，实现了导电层更薄和输出信号噪音更少。附图说明图1为现有线性各向异性磁阻传感器的剖面示意图；图2为现有线性各向异性磁阻传感器的俯视示意图；图3为实施例的间断的磁阻条结构示意图；图4为实施例嵌入了导电层后的磁阻条结构示意图；图5为实施例制备的线性各向异性磁阻传感器剖面示意图；图6为实施例中电流在磁阻条和导电层上的运动情况示意图；图7为实施例中传感器工作的输出电压随磁场变化图。具体实施方式下面结合附图和实施例，详述本专利技术的技术方案。步骤1：在硅基片上采用光刻工艺曝光出总长度为7.2um间断的长条形磁阻条图案，每个磁阻条宽度为5nm，间隙为5nm。步骤2：在步骤1处理之后的基片上采用磁控溅射工艺依次沉积厚度5nmTa、12nmNiFe和2nmTa。然后将其浸泡于去胶液中，待去掉光刻胶后，取出样品，即得到间断的长条形磁阻条。步骤3：在步骤2处理之后的基片上采用光刻工艺和电子束蒸发工艺填充20nm的Al导电层在非磁阻条位置，通过导电层使磁阻条之间实现电连通。该步骤沉积的Al导电层也可以用于线性各向异性磁阻传感器单元中的电极部分。步骤4：在步骤3处理之后的基片上表面镀一层SiO2保护层，保护磁阻层和导电层的机械稳定性和抗氧化等，得到所述线性各向异性磁阻传感器，其剖面示意如图5所示。使用软件COMSOL仿真出本实施例的电流在磁阻条和导电层上的运动情况。箭头方向表示该处的电流方向。可以看出在磁阻条上的电流方向垂直于导电层与磁阻条的交界面，很好的实现了偏置效果，如图6所示；本实施例制备的线性各向异性磁阻传感器测试结果如图7所示。可以看出在±10Oe的磁场范围内，传感器输出信号为良好的线性关系，很好的实现了线性各向异性磁阻传感器的功能。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种线性各向异性磁阻传感器包括基片、导电层和磁阻条，其特征在于：基片用于承载导电层和磁阻条，且不导电；所述磁阻条为相互不连通的N个平行四边形，导电层为相互不连通的N‑1～N+1个平行四边形，磁阻条与导电层互相交错平铺设置于基片上同一水平面，磁阻条通过嵌入的导电层实现电连通，N≥3。

【技术特征摘要】
1.一种线性各向异性磁阻传感器包括基片、导电层和磁阻条，其特征在于：基片用于承载导电层和磁阻条，且不导电；所述磁阻条为相互不连通的N个平行四边形，导电层为相互不连通的N-1～N+1个平行四边形，磁阻条与导电层互相交错平铺设置于基片上同一水平面，磁阻条通过嵌入的导电层实现电连通，N≥3。2.如权利要求1所述线性各向异性磁阻传感器，其特征在于：所述导电层选用N+1个，即互相交错平铺设置的导电层和磁阻两端首尾位置均为导电层。3.如权利要求1所述线性各向异性磁阻传感器，其特征在于：还...

【专利技术属性】
技术研发人员：张万里，胡凌桐，张文旭，彭斌，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51