磁电阻传感器芯片制造技术

磁电阻传感器芯片，包括：第一感应单元，所述第一感应单元包括由磁电阻组成的惠斯通电桥，其中，一对相对桥臂上的磁电阻被软磁层屏蔽；第二感应单元，所述第二感应单元包括由磁电阻组成的惠斯通电桥，其中，一对相对桥臂上的磁电阻被软磁层屏蔽，另一对相对桥臂上的磁电阻处于偏置磁场中；数据处理单元，所述数据处理单元将所述第一感应单元的输出和所述第二感应单元的输出相除后，输出最终的感应信号。本发明专利技术通过设置两个感应单元，一个对外输出与温度和磁场有关的信号，另一个对外输出只与温度有关的信号，通过对两个输出信号进行除法处理，来消除外界温度对传感器芯片的干扰，减小传感器芯片的温漂，使传感器芯片具有更高的准确度和灵敏度。的准确度和灵敏度。的准确度和灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
磁电阻传感器芯片


[0001]本专利技术属于传感器芯片
，尤指涉及一种磁电阻传感器芯片。

技术介绍

[0002]隧穿磁电阻(TMR)是一种铁磁层/绝缘层/铁磁层的三明治结构的磁隧道结，当上下两个铁磁层的磁化方向呈现平行态或反平行态时，隧穿磁电阻会呈现不同的电阻值，在室温下表现出极强的磁电阻效应。基于该效应制成的磁电阻传感器芯片可以准确感知磁场的变化并转成电压信号对外输出，具有体积小、成本低、功耗低、集成度高、响应频率高和灵敏度高等特性。目前隧道磁电阻材料已广泛应用于磁盘读取磁头、非易失性随机存储器中，相关的磁传感器在各行各业中也展现出了良好的应用前景。
[0003]在常温下，隧穿磁电阻传感器芯片具有非常好的线性度与极高的灵敏度，但在低温或高温环境中，随着温度的改变，电阻值会产生温漂现象，温漂现象会导致传感器芯片的灵敏度与线性度降低，进而影响传感器的测量范围与测量精度。为了解决磁电阻传感器的温漂问题，目前比较常用的方法是利用热敏电阻采集环境温度，对传感器芯片的输出进行温度补偿。但由于热敏电阻自身的局限性，只能保证在0℃～50℃范围内磁电阻传感器芯片可以有较高的灵敏度，一旦超出这个温度范围，传感器芯片仍然会出现较明显的温漂现象。
[0004]为了解决传感器的温漂问题，还有人提出了另一种解决方案，专利号为2018209705482的中国技术专利中公开的一种二维磁场传感器，在衬底上设置磁通引导器，磁通引导器分为两个或四个区域，每个区域设置有一对磁敏电阻，对角两个区域的磁敏电阻构成惠斯通电桥，两组惠斯通电桥中的一组被软磁材料屏蔽，另一组可以对磁场进行感应，从而得到两个差分信号的输出，以此来抑制温漂。但如果仅仅只是对一组惠斯通电桥采取磁屏蔽，由于桥臂上四个电阻几乎相同，惠斯通电桥的差分输出信号实际会非常小，反应温度变化的能力极为有限。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种低温漂的磁电阻传感器芯片。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采取如下的技术解决方案：
[0007]磁电阻传感器芯片，包括：第一感应单元，所述第一感应单元包括由磁电阻组成的惠斯通电桥，其中，一对相对桥臂上的磁电阻被软磁层屏蔽；第二感应单元，所述第二感应单元包括由磁电阻组成的惠斯通电桥，其中，一对相对桥臂上的磁电阻被软磁层屏蔽，另一对相对桥臂上的磁电阻处于偏置磁场中；数据处理单元，所述数据处理单元将所述第一感应单元的输出和所述第二感应单元的输出相除后，输出最终的感应信号。
[0008]作为本专利技术磁电阻传感器芯片的一种具体实施方式，偏置磁场由设置于磁电阻两侧的永磁体形成。
[0009]作为本专利技术磁电阻传感器芯片的一种具体实施方式，所述永磁体为SmCo或NdFeB。
[0010]作为本专利技术磁电阻传感器芯片的一种具体实施方式，所述永磁体的磁场强度为
100～200Oe。
[0011]作为本专利技术磁电阻传感器芯片的一种具体实施方式，所述软磁层为坡莫合金层。
[0012]作为本专利技术磁电阻传感器芯片的一种具体实施方式，所述第一感应单元的磁电阻和所述第二感应单元的磁电阻结构相同，采用磁控溅射成膜工艺在同一晶圆上一次形成。
[0013]作为本专利技术磁电阻传感器芯片的一种具体实施方式，所述第一感应单元和所述第二感应单元还包括向外输出信号的输出端子以及与外部电源相连的供电端子。
[0014]作为本专利技术磁电阻传感器芯片的一种具体实施方式，所述数据处理单元包括第一对数电路、第二对数电路、减法运算电路和指数电路，所述第一对数电路与所述第一感应单元的输出端相连，所述第二对数电路与所述第二感应单元的输出端相连，所述减法运算电路接收来自所述第一对数电路和所述第二对数电路的输出并进行处理后，将处理结果输出至所述指数电路，所述指数电路对所述减法运算电路的输出进行处理后，输出最终的感应信号。
[0015]作为本专利技术磁电阻传感器芯片的一种具体实施方式，所述磁电阻为TMR单元或GMR单元。
[0016]作为本专利技术磁电阻传感器芯片的一种具体实施方式，所述磁电阻为一个磁电阻单元，或多个磁电阻单元串联。
[0017]由以上技术方案可知，本专利技术通过设置两个感应单元，一个感应单元采用磁电阻和被软磁屏蔽层屏蔽的磁电阻形成的惠斯通电桥，对外输出与温度和磁场有关的信号，另一个感应单元采用被永磁体偏置的磁电阻和被软磁屏蔽层屏蔽的磁电阻形成的惠斯通电桥，对外输出只与温度有关的信号，然后对两个输出信号进行除法处理，来达到消除外界温度对传感器芯片干扰的目的；而且本专利技术两个感应单元中的惠斯通电桥的结构不同，分别采用了磁屏蔽结构以及偏置加磁屏蔽的结构，处于偏置场中的惠斯通电桥结构的阻值不随外磁场的变化而变化，从而能够获得一个更大的差分输出信号，以获得更为理想的温度变化情况，实现减小传感器芯片温漂的目的，使传感器芯片具有更高的准确度和灵敏度，能在更宽的温度区间使用。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术实施例，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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。
[0019]图1为本专利技术实施例的结构框图；
[0020]图2为本专利技术实施例第一感应单元的电路示意图；
[0021]图3为本专利技术实施例第二感应单元的电路示意图；
[0022]图4为本专利技术实施例数据处理单元的电路框图；
[0023]图5为磁电阻与外磁场的对应关系图。
具体实施方式
[0024]为了让本专利技术的上述和其它目的、特征及优点能更明显，下文特举本专利技术实施例，
并配合所附图示，做详细说明如下。
[0025]如图1所示，本实施例的磁电阻传感器芯片包括第一感应单元1、第二感应单元2以及数据处理单元3，本实施例的第一感应单元1、第二感应单元2和数据处理单元3均为裸片单元。第一感应单元1用于采集与温度相关的磁场信息，然后向数据处理单元3输出电压信号V
M
，第二感应单元2用于采集温度信息，然后向数据处理单元3输出电压信号V
B
，数据处理单元3对来自第一感应单元1和第二感应单元2的信号进行处理后，向外输出结果，本实施例的数据处理单元3中包含除法运算电路，用于将第一感应单元1输出的电压信号V
M
与和第二感应单元2输出的电压信号V
B
相除，然后输出最终的感应信号V0。
[0026]如图2所示，第一感应单元1包括四个磁电阻：第一磁电阻1-1、第二磁电阻1-2、第三磁电阻1-3及第四磁电阻1-4，四个磁电阻连接成惠斯通电桥，惠斯通电桥中，一对相对桥臂上的磁电阻被软磁层屏蔽，从而无法感应磁场，只能感应温度；另一对相对桥臂上的磁电阻可以正常感应与温度有关的磁场，从而形成屏蔽式惠斯通电桥。本实施例中，第二磁电阻1-2和第四磁电阻1-4被软磁层屏蔽，对外磁场无响应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.磁电阻传感器芯片，其特征在于，包括：第一感应单元，所述第一感应单元包括由磁电阻组成的惠斯通电桥，其中，一对相对桥臂上的磁电阻被软磁层屏蔽；第二感应单元，所述第二感应单元包括由磁电阻组成的惠斯通电桥，其中，一对相对桥臂上的磁电阻被软磁层屏蔽，另一对相对桥臂上的磁电阻处于偏置磁场中；数据处理单元，所述数据处理单元将所述第一感应单元的输出和所述第二感应单元的输出相除后，输出最终的感应信号。2.如权利要求1所述的磁电阻传感器芯片，其特征在于：偏置磁场由设置于磁电阻两侧的永磁体形成。3.如权利要求2所述的磁电阻传感器芯片，其特征在于：所述永磁体为SmCo或NdFeB。4.如权利要求2所述的磁电阻传感器芯片，其特征在于：所述永磁体的磁场强度为100～200Oe。5.如权利要求1所述的磁电阻传感器芯片，其特征在于：所述软磁层为坡莫合金层。6.如权利要求1所述的磁电阻传感器芯片，其特征在于：所述第一感应单元的磁电阻和所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘明，关蒙萌，胡忠强，朱红艳，朱家训，
申请(专利权)人：珠海多创科技有限公司，
类型：发明
国别省市：