双自由层TMR磁场传感器制造技术

本公开整体涉及惠斯通电桥，该惠斯通电桥包括多个电阻器，该多个电阻器包括双自由层(DFL)TMR结构。该DFL TMR结构包括位于DLF侧的一个或多个硬偏置结构。另外，DFL的一侧上也可存在一个或多个软偏置结构。两个电阻器将具有相同的硬偏置材料，而另外两个电阻器将具有彼此相同但与前两个电阻器相比不同的硬偏置材料。硬偏置材料将提供反向磁化，这将提供反向偏置场，从而形成DFL TMR的两种不同的磁阻响应。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】双自由层TMR磁场传感器相关申请的交叉引用本申请要求于2019年12月30日提交的美国申请号16/730,777的优先权，该美国申请要求于2019年8月28日提交的美国临时专利申请序列号62/892,642的权益，该两个申请均以引用方式整体并入本文。
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。典型的磁场传感器使用如上所讨论的TMR装置。为了使惠斯通电桥正常操作，惠斯通电桥中的电阻器需要设置成使磁电阻发生不同的变化。如果电阻器的磁阻变化相同，则惠斯通电桥将无法正常工作。换言之，惠斯通电桥将毫无用处。因此，本领域需要使磁阻在不同电阻器处发生不同变化的惠斯通电桥。
技术实现思路
本公开整体涉及惠斯通电桥，该惠斯通电桥包括多个电阻器，该多个电阻器包括双自由层(DFL)TMR结构。该DFLTMR结构包括位于DLF侧的一个或多个硬偏置结构。另外，DFL的一侧上也可存在一个或多个软偏置结构。两个电阻器将具有相同的硬偏置材料，而另外两个电阻器将具有彼此相同但与前两个电阻器相比不同的硬偏置材料。硬偏置材料将提供反向磁化，这将提供反向偏置场，从而形成DFLTMR的两种不同的磁阻响应。在一个实施方案中，TMR传感器装置包括：第一电阻器，该第一电阻器包括双自由层(DFL)TMR结构，该双自由层(DFL)TMR结构具有由第一硬偏置材料构成的至少一个第一硬偏置结构；和第二电阻器，该第二电阻器包括DFLTMR结构，该DFLTMR结构具有由第二硬偏置材料构成的至少一个第二硬偏置结构，该第二硬偏置材料不同于第一硬偏置材料。在另一个实施方案中，TMR传感器装置包括：多个电阻器，每个电阻器包括DFLTMR结构、与该DFLTMR结构相邻的一个或多个硬偏置结构、和与该DFLTMR结构和该一个或多个硬偏置结构相邻的一个或多个软偏置结构，其中，该一个或多个硬偏置结构在该多个电阻器中的至少两个电阻器中是不同的硬偏置结构。在另一个实施方案中，制造TMR传感器装置的方法包括：在基板上方形成底部引线；在该底部引线上方形成用于第一电阻器和第二电阻器的DFLTMR结构；形成与用于第一电阻器的DFLTMR结构相邻的至少一个硬偏置结构；形成与用于第二电阻器的DFLTMR结构相邻的至少一个硬偏置结构；对第一电阻器和第二电阻器施加第一磁场初始化；以及对第一电阻器和第二电阻器施加第二磁场初始化，其中,第二磁场不同于第一磁场。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是惠斯通电桥设计的示意图。图2A至图2C是DFLTMR电阻器单元的示意图，该DFLTMR电阻器单元在DFL的两侧上具有硬偏置结构。图3A至图3C是DFLTMR电阻器单元的示意图，该DFLTMR电阻器单元仅在DFL的一侧上具有硬偏置结构。图4A至图4C是DFLTMR电阻器单元的示意图，该DFLTMR电阻器单元在DFL的两侧上具有硬偏置结构。图5A至图5C是DFLTMR电阻器单元的示意图，该DFLTMR电阻器单元仅在DFL的一侧上具有硬偏置结构。图6A至图6F是根据本文所讨论的实施方案的DFLTMR对外部磁场的磁响应的示意图。图7A至图7C是根据本文所讨论的实施方案的具有DFLTMR膜的惠斯通电桥的示意图。图8是示出了根据一个实施方案的制造惠斯通电桥的方法的流程图。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。本公开整体涉及惠斯通电桥，该惠斯通电桥包括多个电阻器，该多个电阻器包括双自由层(DFL)TMR结构。该DFLTMR结构包括位于DLF侧的一个或多个硬偏置结构。另外，DFL的一侧上也可存在一个或多个软偏置结构。两个电阻器将具有相同的硬偏置材料，而另外两个电阻器将具有彼此相同但与前两个电阻器相比不同的硬偏置材料。硬偏置材料将提供反向磁化，这将提供反向偏置场，从而形成DFLTMR的两种不同的磁阻响应。图1是惠斯通电桥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、第一输出焊盘112、第二输出焊盘114和接地连接件116。从偏置源102到接地连接件116在电桥上施加偏置电压。电桥输出是跨第一输出焊盘112和第二输出焊盘114的电势差。由于差分输出的性质，由于电阻器104、106、108、110的温度变化而引起的电阻的任何变化都被抵消。如本文所讨论，电阻器104、106、108、110各自由TMR膜制成。在一个实施方案中，TMR电阻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电阻器为相同电阻器，但电阻器104、106、108、110为不同电阻器。在又一个实施方案中，电阻器104、110彼此相同(因为制成电阻器104、110的TMR膜彼此相同)，并且电阻器106、108彼此相同(因为制成电阻器106、108的TMR膜彼此相同)但与电阻器104、110不同。典型的磁场传感器在惠斯通电桥电路中使用TMR电阻器。TMR电阻器必须对磁场具有不同的响应以便生成差分输出电压。如本文所讨论的，一种制造磁场传感器的新方法是使用相同的DFLTMR膜来制造两个不同的TMR电阻器，但侧面采用两种不同的硬偏置材料。硬偏置材料将提供反向磁化，这将提供反向偏置场，从而形成DFLTMR的两种不同的磁阻响应。这样，可制造用于磁场传本文档来自技高网...

【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双自由层(DFL)TMR结构，所述双自由层(DFL)TMR结构具有由第一硬偏置材料构成的至少一个第一硬偏置结构；和/n第二电阻器，所述第二电阻器包括DFL TMR结构，所述DFL TMR结构具有由第二硬偏置材料构成的至少一个第二硬偏置结构，所述第二硬偏置材料不同于所述第一硬偏置材料。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20190828 US 62/892,642;20191230 US 16/730,7771.一种隧道磁阻(TMR)传感器装置，包括：
第一电阻器，所述第一电阻器包括双自由层(DFL)TMR结构，所述双自由层(DFL)TMR结构具有由第一硬偏置材料构成的至少一个第一硬偏置结构；和
第二电阻器，所述第二电阻器包括DFLTMR结构，所述DFLTMR结构具有由第二硬偏置材料构成的至少一个第二硬偏置结构，所述第二硬偏置材料不同于所述第一硬偏置材料。


2.根据权利要求1所述的TMR传感器装置，其中，所述第一电阻器的所述至少一个第一硬偏置结构包括两个第一硬偏置结构。


3.根据权利要求2所述的TMR传感器装置，其中，所述第二电阻器的所述至少一个第二硬偏置结构包括两个第二硬偏置结构。


4.根据权利要求3所述的TMR传感器装置，其中，所述第一电阻器的所述DFLTMR结构包括一个或多个第一软偏置结构。


5.根据权利要求4所述的TMR传感器装置，其中，所述第二电阻器的所述DFLTMR结构包括一个或多个第二软偏置结构。


6.根据权利要求5所述的TMR传感器装置，其中，所述一个或多个第一软偏置结构包括两个第一软偏置结构。


7.根据权利要求6所述的TMR传感器装置，其中，所述一个或多个第二软偏置结构包括两个第二软偏置结构。


8.根据权利要求3所述的TMR传感器装置，其中，所述第一硬偏置材料和所述第二硬偏置材料包含具有不同元素比值的相同化合物。


9.根据权利要求3所述的TMR传感器装置，其中，所述第一硬偏置材料和所述第二硬偏置材料包含不同的化合物。


10.根据权利要求1所述的TMR传感器装置，其中，所述DFLTMR结构包括晶种层、第一自由层、阻挡层、第二自由层和封盖层。


11.一种TMR传感器装置，包括：
多个电阻器...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡志清，王勇鸿，郑元凯，钱震荣，毛明，D·毛里，姜明，
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