一种开关场区域可调的巨磁电阻磁双极性开关传感器制造技术

本发明专利技术属于电子材料与元器件技术领域，具体为一种开关场区域可调的巨磁电阻磁双极性开关传感器，包括基片、上下电极、传感单元薄膜和导电薄膜。本发明专利技术利用不对称残余应变材料的残余应变有无可通过脉冲电压极性调控的特点，通过应变对基片上传感单元薄膜的铁磁层1产生磁弹耦合能有无来实现巨磁电阻双极性开关传感器中开关场的调控。由于该调控可在一固定传感单元中开关场调整，并且可配合残余应变引入时间，实现不对称开关场形式的巨磁电阻双极性开关传感器，因而可以提高该类产品的适应度及扩展应用场景，满足一些特殊的应用需求。满足一些特殊的应用需求。满足一些特殊的应用需求。

【技术实现步骤摘要】
一种开关场区域可调的巨磁电阻磁双极性开关传感器


[0001]本专利技术属于电子材料与元器件
，涉及磁传感技术，具体为一种开关场区域可调的巨磁电阻磁双极性开关传感器,利用残余应变诱导的磁弹耦合能实现开关场区域可调。

技术介绍

[0002]磁双极性开关是利用正、负两个磁场，通过在正、负磁场下磁传感器件输出电压的高低实现开关性能。在直流无刷电机、速度传感器、脉冲计数器、临近开关、编码器中具有众多的应用。
[0003]一般情况下，将在正磁场下磁传感器件输出低电压时对应的磁场记为Bop(磁场工作点，打开场)，在负磁场下磁传感器输出高电压时对应的磁场记为Brp(磁场释放点，关闭场)，如图1所示。而其中的磁传感单元可由巨磁电阻薄膜构成，通过巨磁电阻薄膜中电阻值在正、负磁场下的改变实现高、低电压的输出，构成磁双极开关。其中巨磁电阻薄膜采用如下结构：铁磁层1(自由层)/隔离层/铁磁层2/超薄金属层/铁磁层3/反铁磁层，其中铁磁层2/超薄金属层/铁磁层3/反铁磁层构成的结构称为人工反铁磁钉扎结构(或固定层)，通过该结构可以使铁磁层2的磁矩固定，不随外磁场转动，且对铁磁层1无静磁耦合作用。而铁磁层1的磁矩则会随外磁场转动，当所施加的外磁场大于铁磁层1的饱和场时，铁磁层1的磁矩则会沿外磁场方向取向。这样，如果固定层磁矩沿正方向，当所施加的磁场为负磁场(对应于图1中的Brp)，且大于铁磁层1的饱和场，铁磁层1磁矩将沿负方向取向，根据巨磁电阻效应规律此时巨磁电阻薄膜中将获得高电阻，对应输出为高电压；而如果反过来，当所施加的磁场为正磁场(对应于图1中的Bop)，且大于铁磁层1的饱和场，铁磁层1磁矩将沿正方向取向，根据巨磁电阻效应规律此时巨磁电阻薄膜中将获得低电阻，对应输出为低电压，这样就实现了磁双极开关所需要的性能，如图1所示。由以上描述可见，磁双极开关的开关场大小其实对应的就是铁磁层1的饱和场。一般情况下铁磁层1正方向和负方向的饱和场大小是一样大的，因此|B
op
|＝|B
rp
|。
[0004]目前，对于不同场景应用的磁双极开关，由于所需开关场大小不同，因此一般都是通过改变铁磁层1所用材料、厚度等参数来实现开关场大小的调整。一般只要巨磁电阻薄膜传感单元镀制完成则其开关场即确定了，不能更改；因此，目前的磁双极开关为适应不同的开关场需求，产品是系列化的。
[0005]可见，现有磁双极开关存在场景适应性相对单一，导致其应用时一定程度受限，以及面对多种需求时需要多个产品，从而总体使用成本增加的问题。

技术实现思路

[0006]针对上述存在问题或不足，为解决现有磁双极开关因制备完成后开关场大小不可变产生的一系列问题，本专利技术提供了一种开关场区域可调的巨磁电阻磁双极性开关传感器，在巨磁电阻磁双极开关薄膜制备完成后，通过不对称应变材料引入无需电场维持的残
余磁弹耦合能，改变巨磁电阻薄膜中铁磁层1的饱和场，实现在同一磁双极开关中可获得不同开关场区域，满足不同的应用需求。另外，通过应变材料上正负电压脉冲对有、无残余磁弹耦合能的调控，可实现不对称开关场|B
op
|≠|B
rp
|的磁双极开关，满足特殊开关场区域的应用需求。
[0007]本专利技术的目的通过下述技术方案实现：
[0008]一种开关场区域可调的巨磁电阻磁双极性开关传感器，包括基片、上下电极、传感单元薄膜和导电薄膜。
[0009]所述上下电极分别制备于基片的上下两面且不与传感单元薄膜和导电薄膜接触，作为对基片施加电压的电极。
[0010]所述传感单元薄膜为巨磁电阻薄膜共计n个，n个传感单元薄膜通过n
‑
1个导电薄膜沿其长轴方向依次串联设置于基片的一面；巨磁电阻薄膜由从下至上依次堆叠的铁磁层1/隔离层/铁磁层2/超薄金属层/铁磁层3/反铁磁层构成；在传感单元薄膜沉积过程中沿长轴方向加上外磁场H，用于人工反铁磁结构中交换偏置场的形成，使铁磁层2的磁矩固定，n＞0。
[0011]所述导电薄膜共计n
‑
1个，n
‑
1个导电薄膜将n个传感单元薄膜沿其长轴方向依次串联设置于基片的一面，且导电薄膜不具有磁性，作为传感单元薄膜间的连接导线。
[0012]所述基片采用不对称残余应变材料，具有在正或负极性电压脉冲作用后在铁磁层1中产生无需电场维持的残余磁弹耦合能，而在另一极性电压脉冲作用后可去除铁磁层1中的残余磁弹耦合能恢复到最初状态。
[0013]进一步的，所述传感单元薄膜和导电薄膜的布局图形为折线型。
[0014]进一步的，所述基片采用的材料为离子掺杂的PMN
‑
PT或离子掺杂的PZN
‑
PT。
[0015]进一步的，通过上下电极对基片施加正或负极性电压脉冲，对铁磁层1引入无需电场维持的残余磁弹耦合能，改变巨磁电阻薄膜中铁磁层1的饱和场，将初始开关场Bop1和Brp1改变到Bop2和Brp2；而后，再施加另一极性电压脉冲去除铁磁层1中的残余磁弹耦合能，恢复到初始状态的开关场Bop1和Brp1；以此实现在同一巨磁电阻双极性开关传感器获得不同对称型的开关场区域。
[0016]进一步的，所述对称型的开关场区域调整具体为：
[0017]在基片上施加正或负极性的脉冲电压，使该脉冲去除后在基片上存在残余应变，该残余应变对铁磁层1引入无需电场维持的残余磁弹耦合能，使铁磁层1的初始磁矩偏离原水平方向，使得铁磁层1的饱和场增大产生效果1，或者产生的残余磁弹耦合能使铁磁层1初始磁矩方向不改变但矫顽场增大，进而增大饱和场产生效果2；其中残余磁弹耦合能产生的是效果1还是效果2取决于残余磁弹耦合能正、负及铁磁层1磁滞伸缩系数的正、负。
[0018]当磁弹耦合能与铁磁层磁滞伸缩系数的乘积为正时，产生效果2，而当磁弹耦合能与铁磁层磁滞伸缩系数的乘积为负时，产生效果1；由于饱和场的增加使得该巨磁电阻磁双极性开关传感器的开关场相应改变增加为Bop2和Brp2。
[0019]如果需要将巨磁电阻磁双极性开关的开关场区域由Bop2和Brp2恢复为Bop1和Brp1，则需在具有残余应变的基片上施加另一极性的脉冲电压，去除残余应变即可。
[0020]进一步的，初始开关场为Bop1和Brp1，残余磁弹耦合能作用下改变的开关场为Bop2和Brp2，通过基片上正、负电压脉冲对有、无残余磁弹耦合能的调控，实现Bop1、Brp1、
Bop2和Brp2的不对称排列组合开关场|B
op
|≠|B
rp
|的磁双极开关。
[0021]进一步的，所述不对称型的开关场区域调整具体为：
[0022]如需实现不对称的开关场区域，如Bop1到Brp2的开关场区域，则可以在磁场还未达到释放点磁场Brp1时，在基片上施加一正或负极性的脉冲电压引入残余应变，使磁场释放点的磁场改变为Brp2，而在磁场到达磁场工作点Bop1之前在基片上施加另一极性的脉冲电压，去除本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种开关场区域可调的巨磁电阻磁双极性开关传感器，其特征在于：包括基片、上下电极、传感单元薄膜和导电薄膜；所述上下电极分别制备于基片的上下两面且不与传感单元薄膜和导电薄膜接触，作为对基片施加电压的电极；所述传感单元薄膜为巨磁电阻薄膜共计n个，n个传感单元薄膜通过n
‑
1个导电薄膜沿其长轴方向依次串联设置于基片的一面；巨磁电阻薄膜由从下至上依次堆叠的铁磁层1/隔离层/铁磁层2/超薄金属层/铁磁层3/反铁磁层构成；在传感单元薄膜沉积过程中沿长轴方向加上外磁场H，用于人工反铁磁结构中交换偏置场的形成，使铁磁层2的磁矩固定，n＞0；所述导电薄膜共计n
‑
1个，n
‑
1个导电薄膜将n个传感单元薄膜沿其长轴方向依次串联设置于基片的一面，且导电薄膜不具有磁性，作为传感单元薄膜间的连接导线；所述基片采用不对称残余应变材料，具有在正或负极性电压脉冲作用后在铁磁层1中产生无需电场维持的残余磁弹耦合能，而在另一极性电压脉冲作用后可去除铁磁层1中的残余磁弹耦合能恢复到最初状态。2.如权利要求1所述开关场区域可调的巨磁电阻磁双极性开关传感器，其特征在于：所述传感单元薄膜和导电薄膜的布局图形为折线型。3.如权利要求1所述开关场区域可调的巨磁电阻磁双极性开关传感器，其特征在于：所述基片采用的材料为离子掺杂的PMN
‑
PT或离子掺杂的PZN
‑
PT。4.如权利要求1所述开关场区域可调的巨磁电阻磁双极性开关传感器，其特征在于：通过上下电极对基片施加正或负极性电压脉冲，对铁磁层1引入无需电场维持的残余磁弹耦合能，改变巨磁电阻薄膜中铁磁层1的饱和场，将初始开关场Bop1和Brp1改变到Bop2和Brp2；而后，再施加另一极性电压脉冲去除铁磁层1中的残余磁弹耦合能，恢复到初始状态的开关场Bop1和Brp1；以此实现在同一巨磁电阻双极性开关传感器获得不同对称型的开关场区域。5.如权利要求4所述开关场区域可调的巨磁电阻磁双极性开关传感器，其特征在于：所述对称型的开关场区域调整具体为：在基片上施加正或负极性的脉冲电压，使该脉冲去除后在基片上存在残余应变，该残余应变对铁磁层1引入无需电场维持的残余磁弹耦合能，使铁磁层1的初始磁矩偏离原水平方向，使得铁磁层1的饱和场增大产生效果1，或者产生的残余磁弹耦合能使铁磁层1初始磁矩方向不改变但矫顽场增大，进而增大饱和场产生效果2；其中残余磁弹耦合能产生的是效果1还是效果2取决于残余磁弹耦合能正、负及铁磁层1磁滞伸缩系数的正、负；当磁弹耦合能与铁磁层磁滞伸缩系数的乘积为正时，产生效果2，而当磁弹耦合能与铁磁层磁滞伸缩系数的乘积为负时，产生效果1；由于饱和场的增加使得该巨磁电阻磁双极性开关传感器的开关场相应改变增加为Bop2和Brp2；如果需要将巨磁电阻磁双极性开关的开关场区域由Bop2和Brp2恢复为Bo...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐晓莉，刘梦丽，苏桦，姜杰，
申请(专利权)人：上海麦歌恩微电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：