磁场传感器、系统和斜入射沉积制造方法技术方案

一种磁场传感器，所述磁场传感器包括以半桥配置布置的至少两个磁阻(MR)传感器元件。所述MR传感器元件中的每一个包括具有磁各向异性与复合磁化的磁区。使用斜入射沉积(OID)技术产生所述磁各向异性，其中相对于与所述磁场传感器的表面垂直朝向的参考线以非零沉积角沉积所述磁区。一种系统，所述系统包括编码器以及半桥配置的传感器元件。所述编码器响应于所述编码器的活动而产生具有预定磁变的外部磁场，通过所述传感器元件检测所述磁场。所述传感器元件的所述复合磁化在垂直于所述外部磁场的方向的优选方向上通过OID对齐，而不是利用提供偏置磁场的永久磁体结构。利用提供偏置磁场的永久磁体结构。利用提供偏置磁场的永久磁体结构。

【技术实现步骤摘要】
磁场传感器、系统和斜入射沉积制造方法


[0001]本专利技术大体上涉及磁场传感器。更具体地，本专利技术涉及通过斜入射沉积形成的磁场传感器。

技术介绍

[0002]出于速度和方向感测、旋转角感测、接近度感测等目的，在多种商业、工业和汽车应用中用磁场传感器系统来测量磁场。一些磁场传感器基于磁阻效应，其中材料具有响应于外部施加的磁场而改变其电阻值的倾向。磁阻装置包括例如各向异性磁阻(AMR)技术、巨磁阻(GMR)技术、隧道磁阻(TMR)技术等。

技术实现思路

[0003]本公开的各方面在所附权利要求书中定义。
[0004]在第一方面，提供一种磁场传感器，所述磁场传感器包括第一磁阻(MR)传感器元件和第二MR传感器元件，所述第一MR传感器元件包括具有磁各向异性与复合磁化的第一磁区，所述第二MR传感器元件包括具有所述磁各向异性与所述复合磁化的第二磁区，所述第一MR传感器元件和所述第二MR传感器元件以半桥配置布置。通过相对于与所述磁场传感器的表面垂直朝向的参考线以非零沉积角沉积所述第一磁区和所述第二磁区中的每一个而产生所述磁各向异性。
[0005]在第二方面，提供一种制造磁场传感器的方法，包括：提供具有表面的衬底；通过在所述衬底的所述表面上沉积具有磁各向异性与复合磁化的第一磁区而形成第一磁阻(MR)传感器元件；通过在所述衬底的所述表面上沉积具有所述磁各向异性与所述复合磁化的第二磁区而形成第二MR传感器元件，其中通过相对于与所述衬底的所述表面垂直朝向的参考线以非零沉积角沉积所述磁区而产生所述磁各向异性，并且所述第一MR传感器元件和所述第二MR传感器元件中的每一个的所述复合磁化朝向平行于所述衬底的所述表面的第一方向；并且以半桥配置耦合所述第一MR传感器元件和所述第二MR传感器元件，所述半桥配置被配置成提供响应于外部磁场的输出信号，所述外部磁场朝向平行于所述磁场传感器的所述表面的第二方向且垂直于所述复合磁化的所述第一方向。
[0006]在第三方面，提供一种包括编码器和磁场传感器的系统，所述编码器被配置成响应于所述编码器的活动而产生具有预定磁变的外部磁场，所述磁场传感器被配置成检测所述外部磁场。所述磁场传感器包括第一磁阻(MR)传感器元件和第二MR传感器元件，所述第一MR传感器元件包括具有磁各向异性与复合磁化的第一磁区，所述第二MR传感器元件包括具有所述磁各向异性与所述复合磁化的第二磁区，所述第一MR传感器元件和所述第二MR传感器元件以半桥配置布置。通过相对于与所述磁场传感器的表面垂直朝向的参考线以非零沉积角沉积所述第一磁区和所述第二磁区中的每一个而产生所述磁各向异性。
附图说明
[0007]附图用于进一步说明各种实施例并且解释根据本专利技术的所有各种原理和优点，在附图中相似的附图标记贯穿不同的视图指代相同的或功能上类似的元件，各图不一定按比例绘制，并且与下文的具体实施方式一起并入本说明书并且形成本说明书的部分。
[0008]图1示出用于转速测量的现有技术系统的简化图；
[0009]图2示出用于转速测量的现有技术系统的一部分的简化图；
[0010]图3示出现有技术系统的磁阻传感器元件的半桥配置；
[0011]图4示出通过斜入射沉积而在其上沉积磁性材料层的衬底的透视图；
[0012]图5示出通过斜入射沉积而在其上沉积磁性材料层的图4的衬底的俯视图；
[0013]图6示出的曲线图示出针对易轴和难轴的图4至5的磁性材料层的磁化曲线；
[0014]图7示出的曲线图示出磁性材料层的各向异性和矫顽力磁场行为与沉积角的关系；
[0015]图8示出根据实施例的磁场传感器的示意图；
[0016]图9示出沿图8的剖面线9-9的磁场传感器的MR传感器元件的侧视图；
[0017]图10示出根据另一实施例的用于转速测量的系统的简化图；
[0018]图11示出根据另一实施例的具有以梯度配置布置的MR传感器元件的多个半桥配置的磁场传感器的示意图；
[0019]图12示出沿图11的剖面线12-12的磁场传感器的侧视图；
[0020]图13示出沿图11的剖面线13-13的磁场传感器的侧视图；
[0021]图14示出根据另一实施例的包括多个MR传感器元件的磁场传感器的侧视图；
[0022]图15示出根据图14的实施例的包括MR传感器元件的磁场传感器的另一侧视图；
[0023]图16示出根据另一实施例的包括多个MR传感器元件的磁场传感器的侧视图；
[0024]图17示出根据图16的实施例的包括MR传感器元件的磁场传感器的另一侧视图；
[0025]图18示出具有圆形几何形状的MR传感器元件的俯视图；
[0026]图19示出具有正方形几何形状的MR传感器元件的俯视图；
[0027]图20示出具有矩形几何形状的MR传感器元件的俯视图，所述矩形几何形状的长度和宽度不对称；
[0028]图21示出具有矩形几何形状的MR传感器元件的俯视图，所述MR传感器元件具有用于电流注入的巴伯极(Barber pole)结构；
[0029]图22示出具有通过斜入射沉积而沉积的至少一层的MR传感器堆栈的透视图；并且
[0030]图23示出根据另一实施例的磁场传感器制造过程的流程图。
具体实施方式
[0031]一般来说，本公开涉及一种磁场传感器、一种结合了所述磁场传感器的系统，以及一种使用斜入射沉积(OID)技术制造所述磁场传感器的方法。更具体地，磁场传感器包括磁阻(MR)传感器元件，每个MR传感器元件具有通过斜入射沉积溅射的至少一个磁区。OID技术产生具有磁各向异性的磁区且因此产生易轴。磁区的复合磁化沿通过OID产生的易轴对齐。可实施通过OID技术产生的MR传感器元件的稳定复合磁化，代替利用用于提供偏置磁场的永久磁体结构(例如，偏置磁体)以稳定MR传感器元件的磁区的磁化。相应地，可在不使用永
久磁体结构(例如，偏置磁体)的情况下实现MR传感器元件磁区相当的磁化配置，以增强传感器性能并提高成本效益。多个MR传感器元件可以一个或多个半桥配置耦合，所述半桥配置可在(例如)转速感测系统中实施。
[0032]提供本公开以用可行的方式进一步解释根据本专利技术的至少一个实施例。另外提供本公开以加强对本专利技术的创造性原理和优点的理解和了解，而不是以任何方式限制本专利技术。本专利技术仅由所附的权利要求书限定，所附权利要求书包括在本申请案未决期间进行的任何修正和所发布的权利要求的所有等效物。
[0033]应理解，例如第一和第二、顶部和底部等的关系术语(如果存在的话)的使用仅用于区分一个实体或动作与另一实体或动作，而不一定要求或意指在此类实体或动作之间的任何实际此类关系或次序。此外，可通过使用各种底纹和/或阴影线示出图示中的一些以区分在各个结构层内产生的不同元件。可利用当前和未来的沉积、图案化、蚀刻等精密加工技术来产生结构层内的这些不同元件。相应地，尽管在说明中利用了不同的底纹和/或阴影，但结构层内的不同本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁场传感器，其特征在于，包括：第一磁阻(MR)传感器元件，所述第一MR传感器元件包括具有磁各向异性与复合磁化的第一磁区；以及第二MR传感器元件，所述第二MR传感器元件包括具有所述磁各向异性与所述复合磁化的第二磁区，所述第一MR传感器元件和所述第二MR传感器元件以半桥配置布置，其中通过相对于与所述磁场传感器的表面垂直朝向的参考线以非零沉积角沉积所述第一磁区和所述第二磁区中的每一个而产生所述磁各向异性。2.根据权利要求1所述的磁场传感器，其特征在于，代替利用提供偏置磁场的永久磁体结构，所述第一MR传感器元件和所述第二MR传感器元件的所述复合磁化在优选方向上对齐。3.根据权利要求1所述的磁场传感器，其特征在于，所述第一MR传感器元件和所述第二MR传感器元件被布置成使得所述第一MR传感器元件的所述复合磁化与所述第二MR传感器元件的所述复合磁化朝向相同的方向。4.根据权利要求1所述的磁场传感器，其特征在于，所述第一MR传感器元件和第二MR传感器元件的所述复合磁化朝向第一方向，并且所述第一MR传感器元件和所述第二MR传感器元件的所述半桥配置被配置成提供响应于朝向第二方向的外部磁场的输出信号，所述第一方向和所述第二方向平行于所述磁场传感器的所述表面并且所述第一方向垂直于所述第二方向。5.根据权利要求4所述的磁场传感器，其特征在于：所述第一MR传感器元件具有第一轴线；并且所述第二MR传感器元件具有第二轴线，其中所述第一轴线和所述第二轴线平行于所述磁场传感器的所述表面，所述第一轴线和所述第二轴线与所述第一方向和所述第二方向中的每一个偏移，并且供应电流被配置成平行于所述第一轴线和所述第二轴线流动。6.根据权利要求5所述的磁场传感器，其特征在于，所述第一轴线与所述第二轴线之间的角基本上为90度，并且所述第一轴线和所述第二轴线中的每一个与所述第一方向和第二方向中的每一个之间的偏移角为45度。7.根据权利要求1所述的磁场传感器，其特征在于，另外包括衬底，其中在...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯特凡，
申请(专利权)人：恩智浦有限公司，
类型：发明
国别省市：