一种磁电阻薄膜结构和磁电阻传感器制造技术

本实用新型专利技术实施例公开了一种磁电阻薄膜结构和磁电阻传感器，该磁电阻薄膜结构包括：依次层叠设置的基底、种子层、参考层、间隔层、自由层和电极层；参考层在种子层上生长，且参考层的磁矩方向受到通入种子层内电流产生的自旋注入被钉扎；自由层的磁矩方向随外部磁场的变化而变化。本实用新型专利技术实施例中，参考层生长在种子层上，电流通入种子层后会使种子层产生自旋流且该自旋流可注入相邻参考层，使得参考层的磁矩方向受到通入种子层内电流产生的自旋注入影响而改变并钉扎。无需外部设备辅助即可精确控制参考层的钉扎方向，能够更加便捷的实现参考层的多角度钉扎，设计工艺简单且成本低廉，更具竞争力和市场前景。更具竞争力和市场前景。更具竞争力和市场前景。

【技术实现步骤摘要】
一种磁电阻薄膜结构和磁电阻传感器


[0001]本技术实施例涉及磁传感检测
，尤其涉及一种磁电阻薄膜结构和磁电阻传感器。

技术介绍

[0002]磁电阻效应是指在外磁场作用下材料电阻发生变化的现象。利用该效应的技术又被称为“XMR技术”，其中X可以代指多种效应。常见的XMR效应包括各向异性磁电阻(AMR)效应、巨磁电阻(GMR)效应、庞磁电阻(CMR)效应和隧道结磁电阻(TMR)效应。利用XMR效应制造的各类磁电阻传感器，可用于研制高精度的磁性编码器、位置传感器、角度传感器等，在智能家电、新能源汽车、机器人等新兴产业具有重要的应用前景。
[0003]传统的磁电阻薄膜结构工艺中，参考层磁矩方向的钉扎效果对磁电阻性能有着举足轻重的作用，尤其是存在多个钉扎方向的情况下。但由于需要在同一平面内进行精确定位，增加了由于操作失误导致的传感器的测量精度损失的可能性。因此，精确控制参考层的钉扎方向是提高传感器测量精度的有效方式。
[0004]目前，多是加热辅助设备利用激光加热方式进行参考层磁矩钉扎方向的控制，工艺复杂且成本高。

技术实现思路

[0005]本技术实施例提供一种磁电阻薄膜结构和磁电阻传感器，以解决现有参考层磁矩钉扎方向的控制工艺复杂且成本高的问题。
[0006]本技术实施例提供了一种磁电阻薄膜结构，包括：依次层叠设置的基底、种子层、参考层、间隔层、自由层和电极层；
[0007]所述参考层在所述种子层上生长，且所述参考层的磁矩方向受到通入所述种子层内电流产生的自旋注入被钉扎；<br/>[0008]所述自由层的磁矩方向随外部磁场的变化而变化。
[0009]基于同一专利技术构思，本技术实施例还提供了一种磁电阻传感器，包括：多个磁电阻；
[0010]每个所述磁电阻具有如上所述的磁电阻薄膜结构，至少两个所述磁电阻薄膜结构的参考层的磁矩方向不同；或者，
[0011]所有所述磁电阻薄膜结构的参考层的磁矩方向相同，且所有所述磁电阻薄膜结构位于不同的物理位置。
[0012]基于同一专利技术构思，本技术实施例还提供了一种磁电阻传感器，所述磁电阻传感器的电路结构包含第一半桥结构，所述第一半桥结构的两个桥臂均由若干个磁电阻串并联构成，输出第一电压信号；
[0013]每个所述磁电阻具有如上所述的磁电阻薄膜结构，至少两个所述磁电阻薄膜结构的参考层的磁矩方向不同；或者，
[0014]所有所述磁电阻薄膜结构的参考层的磁矩方向相同，且所有所述磁电阻薄膜结构位于不同的物理位置。
[0015]基于同一专利技术构思，本技术实施例还提供了一种磁电阻传感器，所述磁电阻传感器的电路结构包含第一全桥结构，所述第一全桥结构的四个桥臂均由若干个磁电阻串并联构成，输出第一差分电压信号；
[0016]每个所述磁电阻具有如上所述的磁电阻薄膜结构，至少两个所述磁电阻薄膜结构的参考层的磁矩方向不同；或者，
[0017]所有所述磁电阻薄膜结构的参考层的磁矩方向相同，且所有所述磁电阻薄膜结构位于不同的物理位置。
[0018]本技术实施例中，参考层生长在种子层上，电流通入种子层后会使种子层产生自旋流且该自旋流可注入相邻参考层，使得参考层的磁矩方向受到通入种子层内电流产生的自旋注入影响而改变并钉扎。自由层磁矩方向随外部磁场的变化而变化，则自由层的磁矩方向相对于参考层的磁矩方向发生偏转，进而使得磁电阻薄膜结构的阻值发生变化，由此将外部磁场信号转换为电信号输出，该电信号表征外部磁场特性。本技术实施例中，种子层产生自旋流进入参考层内，使得参考层磁矩方向改变并钉扎，无需外部设备辅助即可精确控制参考层的钉扎方向，能够更加便捷的实现参考层的多角度钉扎，与现有技术相比，设计工艺简单且成本低廉，更具竞争力和市场前景。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图虽然是本技术的一些具体的实施例，对于本领域的技术人员来说，可以根据本技术的各种实施例所揭示和提示的器件结构，驱动方法和制造方法的基本概念，拓展和延伸到其它的结构和附图，毋庸置疑这些都应该是在本技术的权利要求范围之内。
[0020]图1是本技术实施例提供的一种磁电阻薄膜结构的示意图；
[0021]图2是本技术实施例提供的使用SOT效应翻转磁电阻传感器中参考层磁矩的x轴翻转模式的示意图；
[0022]图3是本技术实施例提供的使用SOT效应翻转磁电阻传感器中参考层磁矩的y轴翻转模式的示意图；
[0023]图4是本技术实施例提供的使用SOT效应翻转磁电阻传感器中参考层磁矩的z轴翻转模式的示意图；
[0024]图5是本技术实施例提供的磁电阻传感器的示意图；
[0025]图6是本技术实施例提供的磁电阻传感器的连接示意图；
[0026]图7是本技术实施例提供的磁性种子层擦除工艺示意图。
具体实施方式
[0027]为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将参照本技术实施例中的附图，通过实施方式清楚、完整地描述本技术的技术方案，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例所揭示
和提示的基本概念，本领域的技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0028]参考图1所示，为本技术实施例提供的一种磁电阻薄膜结构的示意图。如图1所示，本实施例提供的磁电阻薄膜结构1包括：依次层叠设置的基底2、种子层3、参考层4、间隔层5、自由层6和电极层7；参考层4在种子层3上生长，且参考层4的磁矩方向受到通入种子层3内电流产生的自旋注入被钉扎；自由层6的磁矩方向随外部磁场的变化而变化。
[0029]本实施例中，磁电阻薄膜结构1包括基底2以及生长在基底2上的多膜层堆叠结构。可选基底2所在平面为X
‑
Y平面，则多膜层堆叠结构的堆叠方向垂直于X
‑
Y平面。
[0030]可选多膜层堆叠结构中种子层3为磁性种子层，电流可以通入种子层3使得种子层3产生自旋注入，即种子层3根据充入的电流产生自旋流，且该自旋流会进入生长在种子层3上的参考层4内，则参考层4的磁矩方向受到通入种子层3内电流产生的自旋注入影响而改变并钉扎，具体的，参考层4的磁矩方向受到通入磁化种子层3内电流产生的有效偏置场作用而钉扎。可以理解，通入种子层3的电流参数的变化会影响参考层4的磁矩方向，使参考层4的磁矩方向发生相应变化并钉扎。参考层4的磁矩方向也可以理解为是参考层4的参考方向。
[0031]可选多膜层堆叠结构中间隔层5根据磁电阻效应的不同而采用不同材料。可选由磁电阻薄膜结构1构成的磁电阻为GMR磁电阻，GMR磁电阻的间隔层5由非磁金属材料构成，如Cu等；或者，由磁电阻薄膜结构1构成的磁电阻为TMR磁电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁电阻薄膜结构，其特征在于，包括：依次层叠设置的基底、种子层、参考层、间隔层、自由层和电极层；所述参考层在所述种子层上生长，且所述参考层的磁矩方向受到通入所述种子层内电流产生的自旋注入被钉扎；所述自由层的磁矩方向随外部磁场的变化而变化。2.根据权利要求1所述的磁电阻薄膜结构，其特征在于，所述种子层由具有自旋轨道力矩效应的材料构成。3.根据权利要求1所述的磁电阻薄膜结构，其特征在于，由所述磁电阻薄膜结构构成的磁电阻为巨磁电阻，所述巨磁电阻的间隔层由非磁金属材料构成；或者，由所述磁电阻薄膜结构构成的磁电阻为隧道结磁电阻，所述隧道结磁电阻的间隔层由非磁绝缘材料构成。4.根据权利要求1所述的磁电阻薄膜结构，其特征在于，所述参考层的磁矩被钉扎在垂直于或者平行于所述基底所在平面。5.根据权利要求4所述的磁电阻薄膜结构，其特征在于，所述自由层的易磁化轴方向平行于或者垂直于所述基底所在平面。6.根据权利要求1所述的磁电阻薄膜结构，其特征在于，还包括：自由层偏置结构，所述自由层偏置结构在所述自由层上产生一偏置磁场；所述自由层偏置结构为外加永磁体、外侧导线、永磁体膜层或者软磁近邻层的偏置结构。7.一种磁电阻传感器，其特征在于，包括：多个磁电阻，每个所述磁电阻具有如权利要求1
‑
6任一项所述的磁电阻薄膜结构；至少两个所述磁电阻薄膜结构的参考层的磁矩方向不同；或者，所有所述磁电阻薄膜结构的参考层的磁矩方向相同，且...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛松生，沈卫锋，郭海平，宋晨，
申请(专利权)人：江苏多维科技有限公司，
类型：新型
国别省市：