具有不同RA TMR膜的磁传感器阵列制造技术

本公开整体涉及具有四个电阻器的惠斯通电桥阵列。每个电阻器包括多个TMR结构。两个电阻器具有相同的TMR结构。其余两个电阻器也具有相同的TMR结构，但该TMR结构不同于其他两个电阻器。另外，与具有相同TMR结构的其余两个电阻器相比，具有相同TMR结构的该两个电阻器具有不同电阻面积。因此，该惠斯通电桥阵列的工作偏置场非零。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有不同RATMR膜的磁传感器阵列相关申请的交叉引用本申请要求2019年12月30日提交的美国申请16/730,730的优先权，该申请要求2019年8月26日提交的美国临时专利申请序列号62/891,934的优先权和权益，这两个专利申请据此以引用方式并入本文。
技术介绍

本公开的实施方案整体涉及惠斯通电桥阵列及其制造方法。相关领域的描述惠斯通电桥是用于通过平衡电桥电路的两个支路来测量未知电阻的电路，其中一个支路包含未知部件。与简单的分压器相比，惠斯通电路提供了极其准确的测量结果。惠斯通电桥包括多个电阻器，尤其是最近包括磁性材料诸如磁传感器。磁传感器可包括霍尔效应磁传感器、各向异性磁阻传感器(AMR)、巨磁阻(GMR)传感器和隧道磁阻(TMR)传感器。与其他磁传感器相比，TMR传感器具有非常高的灵敏度。惠斯通电桥的工作偏置场通常为零。磁体用于针对惠斯通电桥中的TMR传感器生成场。TMR传感器检测沿X方向的磁场。磁性位置变化将影响磁场，并且因此影响偏置场位置。虽然对于惠斯通电桥的初始状态通常期望0工作偏置场，但用户可偏好具有非零初始状态。因此，本领域需要具有非零偏置场的惠斯通电桥阵列。
技术实现思路
本公开整体涉及具有四个电阻器的惠斯通电桥阵列。每个电阻器包括多个TMR结构。两个电阻器具有相同的TMR结构。其余两个电阻器也具有相同的TMR结构，但该TMR结构不同于其他两个电阻器。另外，与具有相同TMR结构的该其余两个电阻器相比，具有相同TMR结构的该两个电阻器具有不同电阻面积。因此，该惠斯通电桥阵列的工作偏置场非零。在一个实施方案中，TMR传感器装置包括：第一电阻器，该第一电阻器包括具有第一电阻面积的第一多个隧道磁阻(TMR)结构；和第二电阻器，该第二电阻器包括具有第二电阻面积的第二多个TMR结构，其中该第一电阻面积大于该第二电阻面积。在另一个实施方案中，TME传感器装置包括：多个电阻器，该多个电阻器各自包含多个TMR结构，其中该多个电阻器中的至少两个电阻器包含不同电阻面积，并且其中该至少两个电阻器的该TMR结构不同。在另一个实施方案中，制造TMR传感器装置的方法包括：形成第一电阻器，该第一电阻器包括第一多个TMR结构和第一电阻面积；形成第二电阻器，该第二电阻器包括第二多个TMR结构和第二电阻面积；形成第三电阻器，该第三电阻器包括该第一多个TMR结构和该第一电阻面积；和形成第四电阻器，该第四电阻器包括该第二多个TMR结构和该第二电阻面积，其中该第一多个TMR结构不同于该第二多个TMR结构。附图说明因此，通过参考实施方案，可以获得详细理解本公开的上述特征的方式、本公开的更具体描述、上述简要概述，所述实施方案中的一些在附图中示出。然而，应当注意的是，附图仅示出了本公开的典型实施方案并且因此不应视为限制其范围，因为本公开可以允许其他同等有效的实施方案。图1是惠斯通电桥阵列设计的示意图。图2A和图2B是根据一个实施方案的TMR结构的示意图。图2C和图2D是根据一个实施方案的另一个TMR结构的示意图。图3A和图3B是示出两个不同惠斯通电桥阵列的工作偏置场的图。图4是惠斯通电桥阵列的示意图，其中每个电阻器具有多个TMR结构。图5A和图5B是示出TMR结构的R-H曲线的图。图6A和图6B是示出TMR结构的R-H曲线的图。图7是示出制造惠斯通电桥阵列的方法的流程图。为了有助于理解，在可能的情况下，使用相同的参考标号来表示附图中共有的相同元件。可以设想是，在一个实施方案中公开的元件可以有利地用于其他实施方案而无需具体叙述。具体实施方式在下文中，参考本公开的实施方案。然而，应当理解的是，本公开不限于具体描述的实施方案。相反，思考以下特征和元件的任何组合(无论是否与不同实施方案相关)以实现和实践本公开。此外，尽管本公开的实施方案可以实现优于其他可能解决方案和/或优于现有技术的优点，但是否通过给定实施方案来实现特定优点不是对本公开的限制。因此，以下方面、特征、实施方案和优点仅是说明性的，并且不被认为是所附权利要求书的要素或限制，除非在权利要求书中明确地叙述。同样地，对“本公开”的引用不应当被解释为本文公开的任何专利技术主题的概括，并且不应当被认为是所附权利要求书的要素或限制，除非在权利要求书中明确地叙述。本公开整体涉及具有四个电阻器的惠斯通电桥阵列。每个电阻器包括多个TMR结构。两个电阻器具有相同的TMR结构。其余两个电阻器也具有相同的TMR结构，但该TMR结构不同于其他两个电阻器。另外，与具有相同TMR结构的其余两个电阻器相比，具有相同TMR结构的两个电阻器具有不同电阻面积。因此，惠斯通电桥阵列的工作偏置场非零。图1是惠斯通电桥阵列100设计的示意图。阵列100包括偏置源102、第一电阻器104、第二电阻器106、第三电阻器108、第四电阻器110、第一传感器输出焊盘112、第二传感器输出焊盘114和接地连接件116。从偏置源102到接地连接件116跨阵列施加偏置电压。第一传感器输出焊盘112和第二传感器输出焊盘114感测所施加电压的输出。来自电阻器104、106、108、110的任何温度变化均可被抵消。如本文所讨论，电阻器104、106、108、110各自包括TMR传感器。在一个实施方案中，TMR传感器各自是独特且不同的，使得电阻器104、106、108、110具有不同电阻。在另一个实施方案中，TMR传感器相同，但是电阻器104、106、108、110不同。在又一个实施方案中，电阻器104、110彼此相同(因为包括电阻器104、110的TMR传感器彼此相同)，并且电阻器106、108彼此相同(因为包括电阻器106、108的TMR传感器彼此相同)但与电阻器104、110不同。对于阵列100中的TMR传感器，阵列100的RA为约100欧姆/微米2。典型的磁场传感器在惠斯通电桥电路中使用MR(磁阻)装置。该传感器需要MR装置在电桥中不同地变化。如本文所讨论，制造磁场传感器的新方法是在同一层中制造两个不同的TMR膜。TMR膜的可靠性和性能确定磁阻响应。这样，结合不同TMR膜特征，可制造用于磁场传感器的完美惠斯通电桥设计。关于图1，如果包括电阻器104、106、108、110的TMR传感器的自由层具有与钉扎层磁化方向成+45°或-45°的长轴，则由于形状各向异性，自由层易磁化轴被限制为沿着长轴，并且磁化方向可以如简图所示通过来自设置线电流的安培场设置，尤其是在于自由层顶部上存在正交于自由层长轴的设置线的情形下。当沿着Y轴施加磁场时，电阻器110和104随场增大而增大，而电阻器106、108随场增大而减小。这种不同的响应实现惠斯通电桥，并且传感器灵敏度与输出电压成比例，该输出电压与电阻器110(或电阻器104)和电阻器106(或电阻器108)之间的差值成比例。然而，在使用中，由于45°自由层或钉扎层初始状态，仅一半的磁阻变化被使用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种隧道磁阻(TMR)传感器装置，包括：/n第一电阻器，所述第一电阻器包括具有第一电阻面积的第一多个TMR结构；和/n第二电阻器，所述第二电阻器包括具有第二电阻面积的第二多个TMR结构，其中所述第一电阻面积大于所述第二电阻面积。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20190826 US 62/891,934;20191230 US 16/730,7301.一种隧道磁阻(TMR)传感器装置，包括：
第一电阻器，所述第一电阻器包括具有第一电阻面积的第一多个TMR结构；和
第二电阻器，所述第二电阻器包括具有第二电阻面积的第二多个TMR结构，其中所述第一电阻面积大于所述第二电阻面积。


2.根据权利要求1所述的TMR传感器装置，其中所述第一多个TMR结构中的所述TMR结构彼此相同。


3.根据权利要求2所述的TMR传感器装置，其中所述第二多个TMR结构中的所述TMR结构彼此相同。


4.根据权利要求3所述的TMR传感器装置，其中所述第一多个TMR结构中的所述TMR结构不同于所述第二多个TMR结构中的所述TMR结构。


5.根据权利要求1所述的TMR传感器装置，还包括：
第三电阻器，所述第三电阻器包括具有第三电阻面积的第三多个TMR结构；和
第四电阻器，所述第四电阻器包括具有第四电阻面积的第四多个TMR结构。


6.根据权利要求5所述的TMR传感器装置，其中所述第三电阻面积大于所述第四电阻面积。


7.根据权利要求6所述的TMR传感器装置，其中所述第三电阻面积等于所述第一电阻面积。


8.根据权利要求7所述的TMR传感器装置，其中所述第四电阻面积等于所述第二电阻面积。


9.根据权利要求8所述的TMR传感器装置，其中所述第三多个TMR结构中的所述TMR结构彼此相同。


10.根据权利要求9所述的TMR传感器装置，其中所述第四多个TMR结构中的所述TMR结构彼此相同。


11.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑元凯，C·凯撒，刁治涛，胡志清，钱震中，王勇鸿，万渡江，周荣辉，毛明，姜明，D·毛里，
申请(专利权)人：西部数据技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US