一种谐波增宽线性范围的磁电阻传感器制造技术

本发明专利技术实施例公开了一种谐波增宽线性范围的磁电阻传感器，包括：衬底和多项推挽式磁电阻传感电桥，其推臂包含N种推磁电阻传感单元，其挽臂包含N种挽磁电阻传感单元；每个磁电阻传感单元的关键特征参数包括R0

A magnetoresistance sensor with harmonic broadening linear range

【技术实现步骤摘要】
一种谐波增宽线性范围的磁电阻传感器
本专利技术实施例涉及磁传感器技术，尤其涉及一种谐波增宽线性范围的磁电阻传感器。
技术介绍
磁电阻传感单元包括自由层、钉扎层以及中间绝缘层。在实际使用时，推挽式线性隧道磁电阻传感器包括推磁电阻传感单元和挽磁电阻传感单元，其自由层和钉扎层磁矩之间的角度差anglePL-angleFL分别为90°和-90°，其中anglePL为钉扎层磁矩方向角αp，angleFL为自由层磁矩方向角αf。推挽式线性隧道磁电阻传感器的电阻R随外磁场H的变化关系与其中磁电阻传感单元的零磁场电阻R0，磁阻变化率MR，自由层饱和磁场Hs相关，具有对称的线性范围[-HL,HL]。现有推挽式线性隧道磁电阻传感器的线性范围窄。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种谐波增宽线性范围的磁电阻传感器，以提高推挽式线性隧道磁电阻传感器的线性范围。本专利技术实施例提供了一种谐波增宽线性范围的磁电阻传感器，包括：衬底；位于所述衬底上的多项推挽式磁电阻传感电桥，所述多项推挽式磁电阻传感电桥包括推臂和挽臂，所述推臂包含N种推磁电阻传感单元，所述挽臂包含N种挽磁电阻传感单元，N为大于1的整数；每个磁电阻传感单元的关键特征参数包括零磁场电阻R0i、磁电阻变化率MRi、自由层饱和磁场Hsi、钉扎层磁矩方向角±αpi以及串并联系数ai，其中，所述推磁电阻传感单元具有钉扎层磁矩方向角+αpi，所述挽磁电阻传感单元具有钉扎层磁矩方向角-αpi，i为1到N的整数，所述推磁电阻传感单元及其对应的所述挽磁电阻传感单元的关键特征参数不同于标准推挽式线性磁电阻传感器的标准磁电阻传感单元的关键特征参数，存在着至少一组关键特征参数[(R0j,MRj,Hsj,±αpj),aj]，j为大于或等于1且小于或等于N的整数，表征所述推磁电阻传感单元和其对应的所述挽磁电阻传感单元的R-H特征曲线线性部分、非线性谐波部分进行叠加，使得所述多项推挽式磁电阻传感电桥的线性范围大于所述标准推挽式线性磁电阻传感器的线性范围，其中，所述标准磁电阻传感单元的关键特征参数为[(R0s,MRs,Hss,±αps),as]，±αps＝90°，as＝1。本专利技术实施例中，在推挽式磁电阻传感器中设置两个或者多个具有不同关键特征参数的磁电阻传感单元，将磁电阻传感单元通过串联、并联或者混合串并联的方式进行连接，构成新的多项推挽式磁电阻传感器。该多项推挽式磁电阻传感器，存在着至少一组关键特征参数[(R0j,MRj,Hsj,±αpj),aj]，表征推磁电阻传感单元和其对应的挽磁电阻传感单元的R-H特征曲线线性部分、非线性谐波部分进行叠加，使得多项推挽式磁电阻传感电桥的线性范围大于标准推挽式线性磁电阻传感器的线性范围，提高了线性范围。附图说明为了更清楚地说明本专利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做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，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他的附图。图1是单畴磁矩随外磁场的磁化曲线图；图2是磁电阻传感单元的磁矩及外磁场方位图；图3是推挽式磁电阻传感器的电连接图；图4a是推磁电阻传感单元的磁矩取向方位图；图4b是挽磁电阻传感单元的磁矩取向方位图；图5是标准推挽式TMR线性磁电阻传感器特征曲线图；图6是磁电阻传感单元随钉扎层方向角变化的关系图；图7是多项推挽式磁电阻传感器的截面图；图8是多项推挽式磁电阻传感器的电连接图；图9是标准及多项推挽式线性磁电阻传感器的灵敏度随外磁场变化的关系曲线图；图10是标准及多项推挽式线性磁电阻传感器的灵敏度差随外磁场变化的关系曲线图；图11是标准及多项推挽式线性磁电阻传感器的灵敏度差随外磁场变化的关系曲线图；图12是标准及多项推挽式线性磁电阻传感器的灵敏度随外磁场变化的关系曲线图；图13是带分流电阻的多项推挽式线性磁电阻传感器的电连接图；图14是带分流电阻的多项推挽式线性磁电阻传感器的电连接图；图15是带分流电阻的多项推挽式线性磁电阻传感器的磁电阻传感单元电阻随外磁场变化的关系曲线图；图16是标准及带分流电阻的多项推挽式线性磁电阻传感器的灵敏度随外磁场变化的关系曲线图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将参照本专利技术实施例中的附图，通过实施方式清楚、完整地描述本专利技术的技术方案，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术实施例提供了一种谐波增宽线性范围的磁电阻传感器，可选该磁电阻传感器为基于隧道磁阻技术的推挽式线性磁电阻传感器。本实施例提供的磁电阻传感器包括：衬底；位于所述衬底上的多项推挽式磁电阻传感电桥，所述多项推挽式磁电阻传感电桥包括推臂和挽臂，所述推臂包含N种推磁电阻传感单元，所述挽臂包含N种挽磁电阻传感单元，N为大于1的整数；每个磁电阻传感单元的关键特征参数包括零磁场电阻R0i、磁电阻变化率MRi、自由层饱和磁场Hsi、钉扎层磁矩方向角±αpi以及串并联系数ai，其中，所述推磁电阻传感单元具有钉扎层磁矩方向角+αpi，所述挽磁电阻传感单元具有钉扎层磁矩方向角-αpi，i为1到N的整数，所述推磁电阻传感单元及其对应的所述挽磁电阻传感单元的关键特征参数不同于标准推挽式线性磁电阻传感器的标准磁电阻传感单元的关键特征参数，存在着至少一组关键特征参数[(R0j,MRj,Hsj,±αpj),aj]，j为大于或等于1且小于或等于N的整数，表征所述推磁电阻传感单元和其对应的所述挽磁电阻传感单元的R-H特征曲线线性部分、非线性谐波部分进行叠加，使得所述多项推挽式磁电阻传感电桥的线性范围大于所述标准推挽式线性磁电阻传感器的线性范围，其中，所述标准磁电阻传感单元的关键特征参数为[(R0s,MRs,Hss,±αps),as]，±αps＝90°，as＝1。该谐波增宽线性范围的磁电阻传感器为多项推挽式TMR线性磁电阻传感器，TMR为隧道磁阻技术。本实施例中，推臂包含N种推磁电阻传感单元，第i种推磁电阻传感单元的关键特征参数为[(R0i，MRi，Hsi，+αpi)，ai]，挽臂包含N种挽磁电阻传感单元，第i种挽磁电阻传感单元的关键特征参数为[(R0i，MRi，Hsi，-αpi)，ai]，推臂和挽臂的N种磁电阻传感单元的连接方式完全相同。标准推挽式线性磁电阻传感器包括标准推磁电阻传感单元和标准挽磁电阻传感单元，标准推磁电阻传感单元的关键特征参数均为[(R0s，MRs，Hss，+αps)，as]，标准挽磁电阻传感单元的关键特征参数均为[(R0s，MRs，Hss，-αps)，as]，其中，αps＝90°，as＝1，其磁场线性范围为[-HLs，HLs]。本实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种谐波增宽线性范围的磁电阻传感器，其特征在于，包括：/n衬底；/n位于所述衬底上的多项推挽式磁电阻传感电桥，所述多项推挽式磁电阻传感电桥包括推臂和挽臂，所述推臂包含N种推磁电阻传感单元，所述挽臂包含N种挽磁电阻传感单元，N为大于1的整数；/n每个磁电阻传感单元的关键特征参数包括零磁场电阻R0

【技术特征摘要】
1.一种谐波增宽线性范围的磁电阻传感器，其特征在于，包括：
衬底；
位于所述衬底上的多项推挽式磁电阻传感电桥，所述多项推挽式磁电阻传感电桥包括推臂和挽臂，所述推臂包含N种推磁电阻传感单元，所述挽臂包含N种挽磁电阻传感单元，N为大于1的整数；
每个磁电阻传感单元的关键特征参数包括零磁场电阻R0i、磁电阻变化率MRi、自由层饱和磁场Hsi、钉扎层磁矩方向角±αpi以及串并联系数ai，其中，所述推磁电阻传感单元具有钉扎层磁矩方向角+αpi，所述挽磁电阻传感单元具有钉扎层磁矩方向角-αpi，i为1到N的整数，所述推磁电阻传感单元及其对应的所述挽磁电阻传感单元的关键特征参数不同于标准推挽式线性磁电阻传感器的标准磁电阻传感单元的关键特征参数，
存在着至少一组关键特征参数[(R0j,MRj,Hsj,±αpj),aj]，j为大于或等于1且小于或等于N的整数，表征所述推磁电阻传感单元和其对应的所述挽磁电阻传感单元的R-H特征曲线线性部分、非线性谐波部分进行叠加，使得所述多项推挽式磁电阻传感电桥的线性范围大于所述标准推挽式线性磁电阻传感器的线性范围，其中，所述标准磁电阻传感单元的关键特征参数为[(R0s,MRs,Hss,±αps),as]，±αps＝90°，as＝1。


2.根据权利要求1所述的磁电阻传感器，其特征在于，构成所述推臂的N种推磁电阻传感单元采用并联连接方式，构成所述挽臂的N种挽磁电阻传感单元采用并联连接方式；
所述推臂的电阻Rpush、所述挽臂的电阻Rpull和所述多项推挽式磁电阻传感电桥的电阻Ri满足如下关系：






其中，Ri(R0i,MRi,Hsi,+αpi)表征所述推磁电阻传感单元的四个关键特征参数对应的电阻值，Ri(R0i,MRi,Hsi,-αpi)表征所述挽磁电阻传感单元的四个关键特征参数对应的电阻值。


3.根据权利要求1所述的磁电阻传感器，其特征在于，构成所述推臂的N种推磁电阻传感单元采用串联连接方式，构成所述挽臂的N种挽磁电阻传感单元采用串联连接方式；
所述推臂的电阻Rpush、所述挽臂的电阻Rpull和所述多项推挽式磁电阻传感电桥的电阻Ri满足如下关系：






其中，Ri(R0i,M...

【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：发明
国别省市：江苏;32