利用反常霍尔效应的磁传感器和霍尔传感器以及霍尔传感器的制造方法技术

提供一种利用反常霍尔效应的磁传感器。非磁性金属层设置在铁磁材料之上和之下，以形成与施加的磁场的变化相对应的霍尔电压。所述磁传感器的线性度和饱和磁化取决于所述非磁性金属层的厚度和所述铁磁材料的厚度。另外，提供了一种利用反常霍尔效应的霍尔传感器。非磁性金属层相对于铁磁性层形成，并且构成所述铁磁性层的CoFeSiB的厚度在

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用反常霍尔效应的磁传感器和霍尔传感器以及霍尔传感器的制造方法
本专利技术涉及一种磁传感器，更具体地，涉及一种利用反常霍尔效应的磁传感器和霍尔传感器及该霍尔传感器的制造方法。
技术介绍
磁传感器是感应磁场变化并将该变化转换为电信号的设备。因此，磁传感器的实际输入是磁场，而其输出是电信号。典型的磁传感器是霍尔传感器。霍尔传感器是利用霍尔效应的设备。霍尔效应被认为是在电流沿穿过磁场的方向流动的情况下，在与电流方向和磁场方向均垂直的方向上产生电位差的现象。适用于制造霍尔传感器的材料需要具有低载流子浓度和高载流子迁移率。当载流子浓度高时，载流子的速度由于载流子的散射而降低，因此作用在载流子上的洛伦兹力减小。当迁移率高时，漂移速度增加，因此洛伦兹力增加。因此，利用洛伦兹力的传统霍尔传感器由金属或半导体作为基础材料而形成。然而，由于金属具有载流子浓度高的问题，输出电压由于载流子的散射而降低，并且线性度降低，因此，制造并研究出了使用半导体的霍尔传感器。然而，使用半导体的霍尔传感器具有以下问题：需要增加传感器图案的尺寸以增加输出电压，并且产生高偏移电压输出。另外，磁体和传感器之间的距离需要非常短，并且在高驱动温度下会发生特性畸变的现象。霍尔传感器应具有适用于使用霍尔传感器的环境的特性。通常，霍尔传感器需要具有低偏移电压、高电平的霍尔电压和高分辨率。为了实现这种特性，霍尔传感器具有近似十字形的结构，在半导体基底上形成n掺杂的感测区域，并且该传感区域具有近似十字形的结构。最具代表性的霍尔传感器是砷化镓(GaAs)型霍尔传感器。GaAs型霍尔传感器具有高霍尔电压作为输出电压，并且由于低偏移电压而用于实现照相机的光学图像稳定器。图1是示出根据现有技术的霍尔传感器的结构的透视图。参照图1，提供了GaAs型霍尔传感器作为霍尔传感器。使用GaAs基底作为基底10来制造霍尔传感器。通过金属有机化学气相沉积(metalorganicchemicalvapordeposition，MOCVD)工艺在基底10上生长n型GaAs层。在生长该层之后，使用的光刻工艺形成光致抗蚀剂图案。随后，当使用光致抗蚀剂图案作为蚀刻掩模进行蚀刻时，可以在基底10上获得具有十字形的n掺杂感测区域20。感测区域20中十字形的端部应电连接至金属线31、32、33和34。金属线31、32、33和34在金属膜沉积之后通过典型的剥离工艺或选择性蚀刻工艺形成。形成的金属线31、32、33和34形成为与感测区域20的端部重叠，并且在未形成感测区域20的区域中直接形成在由GaAs制成的基底10上。金属线31、32、33和34电连接至在基底10的某些区域中形成的衬垫。衬垫由与金属线31、32、33和34相同的材料制成，并且与金属线31、32、33和34同时形成。然而，衬垫在形状和尺寸上与金属线31、32、33和34不同。然而，图1中所示的GaAs型霍尔传感器的缺点在于施加的磁场强度需要很高并且GaAs型霍尔传感器对温度变化敏感。所施加的高强度的磁场被解释为意味着，GaAs型霍尔传感器相对于磁场的变化不具有高分辨率。另外，当温度改变时，霍尔电压产生变化，这导致随所施加的磁场强度线性变化地霍尔电压的工作特性降低。为了解决这些问题，使用了巨磁电阻(giantmagnetoresistance，GMR)传感器和隧道磁电阻(tunnelingmagnetoresistance，TMR)传感器。这些传感器是利用铁磁性材料和其他材料之间的层间相互作用的传感器，并且据说该传感器使用自旋电子的磁感应现象。GMR传感器也称为巨磁电阻效应传感器。巨磁电阻效应传感器具有在两个铁磁性材料之间插入非磁性材料的结构。在电流沿垂直于非磁性材料和铁磁性材料之间的交界面的方向流动的状态下，在平行于交界面的方向上施加外部磁场。由于在平行于交界面的方向上施加的磁场，铁磁性材料的自旋电流和磁矩可以具有相同的方向或可以具有不同的方向。因此，确定了两个铁磁性材料之间的电阻，并且改变了铁磁性材料中的水平磁各向异性，其表现为霍尔电压。TMR传感器具有在两个铁磁性材料之间插入有隧道势垒层即绝缘层之一的结构。磁矩与交界面平行。然而，当电流在垂直于两个铁磁性材料之间的交界面的方向上流动时，电流量就好像存在阀一样被改变，这被称为自旋阀。自旋阀控制通过隧道势垒层的电子数量。然而，铁磁性材料可以具有水平磁各向异性，并且可以在平行于交界面的方向上施加磁场以感应霍尔电压。在上述新GMR和TMR传感器中，在平行于铁磁性材料之间的交界面的方向上施加磁场，并且将磁场的变化实现为霍尔电压。因此，当将传感器封装在使用环境中并安装在基底上时，存在传感器不能被平稳地应用的问题。
技术实现思路
[技术问题]本专利技术旨在提供一种利用反常霍尔效应的包括多层薄膜的磁传感器。本专利技术旨在提供一种霍尔传感器，该霍尔传感器利用反常霍尔效应来使用垂直于铁磁性材料的交界面施加的磁场。本专利技术旨在提供一种利用反常霍尔效应来制造霍尔传感器的方法。[技术方案]根据本专利技术的实施例，利用反常霍尔效应的磁传感器包括：下部非磁性金属层，形成在基底上且具有多晶结构；铁磁性层，形成在所述下部非磁性金属层上，并且在所述铁磁性层中通过施加的磁场产生反常霍尔效应；以及上部非磁性金属层，形成在所述铁磁性层上并且具有多晶结构。根据本专利技术的另一实施例，利用反常霍尔效应的霍尔传感器包括：感测区域，具有菱形形状，且所述感测区域根据相对于垂直于其施加的磁场的霍尔效应产生霍尔电压；电极线部分，一体地连接到感测区域的菱形形状的顶点，并且通过所述电极线部分施加输入电流并且输出所述霍尔电压；以及衬垫部分，与所述电极线部分一体形成并且电连接到外部。根据本专利技术的又一实施例，一种利用反常霍尔效应制造霍尔传感器的方法包括：在基底上依次形成下部非磁性金属层、铁磁性层和上部非磁性金属层；在所述上部非磁性金属层上形成光致抗蚀剂图案；并且使用光致抗蚀剂图案作为蚀刻掩模执行选择性蚀刻，以暴露所述基底的一部分并同时形成：具有菱形形状的感测区域，所述感测区域根据相对于垂直于所述感测区域施加的磁场的霍尔效应产生霍尔电压；电极线部分，一体地连接到所述感测区域的菱形形状的顶点，并且通过所述电极线部分施加输入电流且输出所述霍尔电压；并以及衬垫部分，所述衬垫部分与所述电极线部分一体形成并且电连接到外部。[有益效果]根据上述本专利技术，非磁性金属层设置在铁磁性材料之上和之下，并且两个非磁性金属层包括相同的材料。另外，将铁磁性材料的厚度设置为小于或等于或更小。当厚度超过时，在铁磁性材料中，可能难以形成垂直方向上的易磁化轴，不能确保垂直磁各向异性。因此，即使当磁场和输入电流增大时，也不能确保灵敏度特性，并且会破坏线性度。另外，与铁磁性材料接触的非磁性金属层的厚度被设置为小于或等于铁磁性材料的厚度。因此，可以获得具有高线性度和高灵敏度的磁传感器。另外，在本专利技术中，电极线部分和衬垫部分具有与感测区域相同的堆叠结构。即，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用反常霍尔效应的磁传感器，包括：/n下部非磁性金属层，形成在基底上且具有多晶结构；/n铁磁性层，形成在所述下部非磁性金属层上，并且在所述铁磁性层中，通过施加磁场产生反常霍尔效应；以及/n上部非磁性金属层，形成在所述铁磁性层上并且具有多晶结构。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181130 KR 10-2018-0152366;20181130 KR 10-2018-011.一种利用反常霍尔效应的磁传感器，包括：
下部非磁性金属层，形成在基底上且具有多晶结构；
铁磁性层，形成在所述下部非磁性金属层上，并且在所述铁磁性层中，通过施加磁场产生反常霍尔效应；以及
上部非磁性金属层，形成在所述铁磁性层上并且具有多晶结构。


2.根据权利要求1所述的磁传感器，其中，所述铁磁性层的厚度大于或等于所述下部非磁性金属层或所述上部非磁性金属层的厚度。


3.根据权利要求2所述的磁传感器，其中，所述铁磁性层包括CoFeSiB，并且具有在至范围内的厚度。


4.根据权利要求2所述的磁传感器，其中，所述下部非磁性金属层或所述上部非磁性金属层包括铂Pt或钯Pd。


5.根据权利要求4所述的磁传感器，其中，所述下部非磁性金属层由与所述上部非磁性金属层相同的材料制成，并且包括铂Pt。


6.根据权利要求1所述的磁传感器，其中，所述铁磁性层包括：
第一易磁化轴感应层，形成在与所述下部非磁性金属层接触的交界面区域中，并且具有主要的垂直磁各向异性；
第二易磁化轴感应层，形成在与所述上部非磁性金属层接触的交界面区域中，并且具有主要的垂直磁各向异性；以及
主体层，设置在所述第一易磁化轴感应层和所述第二易磁化轴感应层之间并且具有主要的磁化各向同性，
其中，所述第一易磁化轴感应层、所述第二易磁化轴感应层和所述主体层由相同材料制成。


7.根据权利要求6所述的磁传感器，其中，由于所述第一易磁化轴感应层或所述第二易磁化轴感应层的垂直磁化的影响，所述主体层在所述铁磁性层中在垂直方向上具有易磁化轴。


8.根据权利要求6所述的磁传感器，其中，霍尔电压与在垂直于所述铁磁性层的交界面的方向上施加的磁场的强度成比例地形成。


9.根据权利要求1所述的磁传感器，还包括：缓冲层，设置在所述基底与所述下部非磁性金属层之间，以引起所述下部非磁性金属层的多晶结构的形成。


10.根据权利要求9所述的磁传感器，其中，所述缓冲层具有在至范围内的厚度。


11.根据权利要求10所述的磁传感器，其中，所述缓冲层包括钽Ta、钌Ru或钛Ti。


12.一种利用反常霍尔效应的霍尔传感器，包括：
感测区域，具有菱形形状，且所述感测区域根据相对于垂直于其施加的磁场的霍尔效应产生霍尔电压；
电极线部分，一体地连接到所述感测区域的菱形形状的顶点，并且通过所述电极线部分施加输入电流并且输出所述霍尔电压；以及
衬垫部分，与所述电极线部分一体形成并且电连接到外部。


13.根据权利要求12所述的霍尔传感器，其中，所述感测区域包括：
下部非磁性金属层，形成在基底上；
铁磁性层，形成在所述下部非磁性金属层上，并且根据垂直于所述铁磁性层的交界面处施加的磁场，产生所述霍尔电压；
上部非磁性金属层，形成在所述铁磁性层上。


14.根据权利要求13所述的霍尔传感器，其中，所述铁磁性层包括CoFeSiB，并且由于在与所述下部非磁性金属层或所述上部非磁性金属层接触的交...

【专利技术属性】
技术研发人员：金泰完，
申请(专利权)人：世宗大学校产学协力团，纳诺格特公司，
类型：发明
国别省市：韩国;KR