全桥磁电阻传感器以及双钉扎磁电阻多层膜制造技术

本实用新型专利技术提供一种全桥磁电阻传感器及其制造方法以及双钉扎磁电阻多层膜，其中，全桥磁电阻传感器包括第一双钉扎磁电阻多层膜至第四双钉扎磁电阻多层膜，第一双钉扎磁电阻多层膜的一端和第二双钉扎磁电阻多层膜的一端与电源端相连；第一双钉扎磁电阻多层膜的另一端和第三双钉扎磁电阻多层膜的一端与第一信号端相连；第二双钉扎磁电阻多层膜的另一端和第四双钉扎磁电阻多层膜的一端与第二信号端相连；第三双钉扎磁电阻多层膜的另一端和第四双钉扎磁电阻多层膜的另一端与接地端相连。其中，全桥磁电阻传感器依次经过第一次退火和第二次退火。与现有技术相比，本实用新型专利技术不仅可以实现单芯片全桥功能，而且零点小，退火工艺简单，成本低。成本低。成本低。

【技术实现步骤摘要】
全桥磁电阻传感器以及双钉扎磁电阻多层膜


[0001]本技术涉及磁传感器
，尤其涉及一种双钉扎磁电阻多层膜以及采用该双钉扎磁电阻多层膜的全桥磁电阻传感器。

技术介绍

[0002]传统的磁电阻传感器，为了实现全桥功能，通常采用两种方法。方法1：使用两颗芯片，其中一颗芯片相对于另一颗芯片旋转180度，通过打线互连，实现全桥功能。方法2：通过激光局域加热，对磁电阻敏感区域的磁矩进行局域编程，实现全桥功能。方法1的缺点是，组装工艺复杂，磁电阻传感器的零点大。方法2的缺点是，退火工艺复杂，成本高。
[0003]因此，有必要提出一种技术方案来克服上述问题。

技术实现思路

[0004]本技术的目的之一在于提供一种全桥磁电阻传感器以及双钉扎磁电阻多层膜，其不仅可以实现单芯片全桥功能，而且零点小，退火工艺简单，成本低。
[0005]根据本技术的一个方面，本技术提供一种双钉扎磁电阻多层膜，其包括依次层叠设置的缓冲层、第一反铁磁层、第一铁磁层、第一夹层、铁磁参考层、间隔层、铁磁自由层、第二夹层、第二铁磁层、第二反铁磁层和覆盖层，所述第一反铁磁层对所述第一铁磁层施加第一交换偏置；所述第一铁磁层通过所述第一夹层对所述铁磁参考层施加第一人工反铁磁耦合；所述第二反铁磁层对所述第二铁磁层施加第二交换偏置；所述第二铁磁层通过所述第二夹层对所述铁磁自由层施加第二人工反铁磁耦合。
[0006]根据本技术的另一个方面，本技术提供一种全桥磁电阻传感器，其包括第一双钉扎磁电阻多层膜、第二双钉扎磁电阻多层膜、第三双钉扎磁电阻多层膜和第四双钉扎磁电阻多层膜，所述第一双钉扎磁电阻多层膜的一端和第二双钉扎磁电阻多层膜的一端与电源端相连；所述第一双钉扎磁电阻多层膜的另一端和所述第三双钉扎磁电阻多层膜的一端与第一信号端相连；所述第二双钉扎磁电阻多层膜的另一端和所述第四双钉扎磁电阻多层膜的一端与第二信号端相连；所述第三双钉扎磁电阻多层膜的另一端和所述第四双钉扎磁电阻多层膜的另一端与接地端相连，所述全桥磁电阻传感器依次经过第一次退火和第二次退火。所述双钉扎磁电阻多层膜包括依次层叠设置的缓冲层、第一反铁磁层、第一铁磁层、第一夹层、铁磁参考层、间隔层、铁磁自由层、第二夹层、第二铁磁层、第二反铁磁层和覆盖层，所述第一反铁磁层对所述第一铁磁层施加第一交换偏置；所述第一铁磁层通过所述第一夹层对所述铁磁参考层施加第一人工反铁磁耦合；所述第二反铁磁层对所述第二铁磁层施加第二交换偏置；所述第二铁磁层通过所述第二夹层对所述铁磁自由层施加第二人工反铁磁耦合。
[0007]与现有技术相比，本技术中的全桥磁电阻传感器采用双钉扎磁电阻多层膜，通过两次全局退火，不仅可以实现单芯片全桥功能，而且零点小，退火工艺简单，成本低。
【附图说明】
[0008]为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
[0009]图1为本技术在一个实施例中的全桥磁电阻传感器的双钉扎磁电阻多层膜的结构示意图；
[0010]图2为本技术在一个实施例中的全桥磁电阻传感器在第一次退火时的结构示意图；
[0011]图3为本技术在一个实施例中的全桥磁电阻传感器在第二次退火时的结构示意图；
[0012]图4为本技术在一个实施例中的全桥磁电阻传感器的铁磁自由层在第二次退火后的结构示意图；
[0013]图5为本技术在一个实施例中的全桥磁电阻传感器的铁磁参考层和铁磁自由层在第二次退火后的磁化强度方向的结构示意图；
[0014]图6为本技术在一个实施例中经过第一次退火和第二次退火后的全桥磁电阻传感器的输出对磁场的响应关系曲线；
[0015]图7为本技术在一个实施例中的全桥磁电阻传感器的制造方法的流程图。
【具体实施方式】
[0016]为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细的说明。
[0017]此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本技术至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。除非特别说明，本文中的连接、相连、相接的表示电性连接的词均表示直接或间接电性相连。
[0018]根据本技术的一个方面，本技术提供一种双钉扎磁电阻多层膜。
[0019]请参阅图1所示，其为本技术在一个实施例中的全桥磁电阻传感器的双钉扎磁电阻多层膜的结构示意图。图1所示的双钉扎磁电阻多层膜包括：由下至上依次层叠设置的缓冲层101、第一反铁磁层102、第一铁磁层103、第一夹层104、铁磁参考层105、间隔层106、铁磁自由层107、第二夹层108、第二铁磁层109、第二反铁磁层110和覆盖层111。
[0020]其中，缓冲层101为导电金属或者金属多层膜，优选Ta或者Ru；第一反铁磁层102为PtMn；第一铁磁层103为铁磁金属或者合金，优选Fe、Co、Ni或者CoFe(B)；第一夹层104为金属层，优选Ru；铁磁参考层105为铁磁金属或者合金，优选Fe、Co、Ni或者CoFe(B)；对于隧穿磁电阻(TMR)，间隔层106为势垒层，优选MgO、Al2O3、MgAl2O4或者MgZnO，对于巨磁电阻(GMR)，间隔层106为金属层，优选Cu；铁磁自由层107为铁磁金属或者合金，优选Fe、Co、Ni或者CoFe(B)；第二夹层108为金属层，优选Ru；第二铁磁层109为铁磁金属或者合金，优选Fe、Co、Ni或者CoFe(B)；第二反铁磁层110为IrMn或者FeMn；覆盖层111为导电金属或金属多层膜，优选 Ta或者Ru。其中，第一反铁磁层102对第一铁磁层103施加第一交换偏置，第一铁磁
层103通过第一夹层104对铁磁参考层105施加第一人工反铁磁耦合，第二反铁磁层110对第二铁磁层109施加第二交换偏置，第二铁磁层109 通过第二夹层108对铁磁自由层107施加第二人工反铁磁耦合，双钉扎磁电阻多层膜100的长宽比至少为2。
[0021]根据本技术的另一个方面，本技术提供一种全桥磁电阻传感器。
[0022]请参阅图2所示，其为本技术在一个实施例中的全桥磁电阻传感器在第一次退火时的结构示意图。图2所示的全桥磁电阻传感器包括第一双钉扎磁电阻多层膜100a、第二双钉扎磁电阻多层膜100b、第三双钉扎磁电阻多层膜 100c和第四双钉扎磁电阻多层膜100d，其中，第一双钉扎磁电阻多层膜100a 至第四双钉扎磁电阻多层膜100d均可以采用图1所示的双钉扎磁电阻多层膜。其中，第一双钉扎磁电阻多层膜100a的一端和第二双钉扎磁电阻多层膜 100本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双钉扎磁电阻多层膜，其特征在于，其包括依次层叠设置的缓冲层、第一反铁磁层、第一铁磁层、第一夹层、铁磁参考层、间隔层、铁磁自由层、第二夹层、第二铁磁层、第二反铁磁层和覆盖层，所述第一反铁磁层对所述第一铁磁层施加第一交换偏置；所述第一铁磁层通过所述第一夹层对所述铁磁参考层施加第一人工反铁磁耦合；所述第二反铁磁层对所述第二铁磁层施加第二交换偏置；所述第二铁磁层通过所述第二夹层对所述铁磁自由层施加第二人工反铁磁耦合。2.根据权利要求1所述的双钉扎磁电阻多层膜，其特征在于，所述双钉扎磁电阻多层膜的长宽比至少为2。3.根据权利要求2所述的双钉扎磁电阻多层膜，其特征在于，所述缓冲层为导电金属或者金属多层膜；所述第一铁磁层为铁磁金属或者合金；所述第一夹层为金属层；所述铁磁参考层为铁磁金属或者合金；所述铁磁自由层为铁磁金属或者合金；所述第二夹层为金属层；所述第二铁磁层为铁磁金属或者合金；和/或所述覆盖层为导电金属或金属多层膜。4.根据权利要求3所述的双钉扎磁电阻多层膜，其特征在于，所述缓冲层为Ta或者Ru；所述第一反铁磁层为PtMn；所述第一铁磁层为Fe、Co、Ni或者CoFe(B)；所述第一夹层为Ru；所述铁磁参考层为Fe、Co、Ni或者CoFe(B)；所述铁磁自由层为Fe、Co、Ni或者CoFe(B)；所述第二夹层为Ru；所述第二铁磁层为Fe、Co、Ni或者CoFe(B)；所述第二反铁磁层为IrMn或者FeMn；和/或所述覆盖层为Ta或者Ru。5.根据权利要求3所述的双钉扎磁电阻多层膜，其特征在于，对于隧穿磁电阻，所述间隔层为势垒层；对于巨磁电阻，所述间隔层为金属层。6.根据权利要求5所述的双钉扎磁电阻多层膜，其特征在于，当所述间隔层为势垒层时，所述间隔层为MgO、Al2O3、MgAl2O4或者MgZnO；当所述间隔层为金属层时，所述间隔层为Cu。7.一种全桥磁电阻传感器，其特征在于，其包括第一双钉扎磁电阻多层膜、第二双钉扎磁电阻多层膜、第三双钉扎磁电阻多层膜和第四双钉扎磁电阻多层膜，所述第一双钉扎磁电阻多层膜的一端和第二双钉扎磁电阻多层膜的一端与电源端相连；所述第一双钉扎磁电阻多层膜的另一端和所述第三双钉扎磁电阻多层膜的一端与第一
信号端相连；所述第二双钉扎磁电阻多层膜的另一端和所述第四双钉扎磁电阻多层膜的一端与第二信号端相连；所述第三双钉扎磁电阻多层膜的另一端和所述第四双钉扎磁电阻多层膜的另一端与接地端相连，所述全桥磁电阻传感器依次经过第一次退火和第二次退火。8.根据权利要求7所述的全桥磁电阻传感器，其特征在于，所述全桥磁电阻传感器通过第一次退火，定义了所述第一铁磁层、铁磁参考层、铁磁自由层和第二铁磁层的磁晶各向异性，且定义了所述第一铁磁层的磁化强度方向、第一交换偏置和铁磁参考层的磁化强度方向；所述第一次退火包括：温度从室温升高到第一温度T1，施加磁场H，温度从第一温度T1降低到室温，定义xy平面坐标系，其中，X轴和Y轴相互垂直，所述磁场H方向沿着x轴。9.根据权利要求8所述的全桥磁电阻传感器，其特征在于，所述第一铁磁层、铁磁参考层、铁磁自由层和第二铁磁层的磁晶各向异性平行于所述X轴；所述第一铁磁层的磁化强度方向、第一交换偏置和所述铁磁参考层的磁化强度方向平行于所述X轴，且所述第一铁磁层的磁化强度方向和第一交换偏置与所述铁磁参考层的磁化强度方向相反。10.根据权利要求8所述的全桥磁电阻传感器，其特征在于，所述全桥磁电阻传感器通过第二次退火，利用形状各向异性和磁晶各向异性定义了所述第二铁磁层的磁化强度方向、第二交换偏置和铁磁自由层的磁化强度方向；所述第二次退火包括：温度从室温升高到第二温度T2，不施加磁场，温度从第二温度T2降低到室温，其中，所述第二温度T2大于所述第二反铁磁层的阻塞温度，所述第二温度T2小于所述第一温度T1。11.根据权利要求10所述的全桥磁电阻传感器，其特征在于，所述第一温度T1介于270℃到350℃之间；所述第二温度T2介于170℃到350℃之间；所述磁场H介于3000G到30000G之间。12.根据权利要求10所述的全桥磁电阻传感器，其特征在于，经过第一次退火和第二磁退火后的全桥磁电阻传感器的敏感轴垂直于第一次退火施加的所述磁场H方向。13.根据权利要求8所述的全桥磁电阻传感器，其特征在于，所述第一双钉扎磁电阻多层膜至第四双钉扎磁电阻多层膜均采用如权利要求1
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6任一所述的双钉扎磁电阻多层膜；所述第一双钉扎磁电阻多层膜的长边和所述第四双钉扎磁电阻多层膜的长边平行，且所述第一双钉扎磁电阻多层膜的长边与所述X轴成一非平行和非垂直的夹角θ1；所述第二双钉扎磁电阻多层膜的长边和所述第三双钉扎磁电阻多层膜的长边平行，并且所述第二双钉扎磁电阻多层膜的长边与所述X轴成一非平...

【专利技术属性】
技术研发人员：李大来，黄正伟，王鑫，
申请(专利权)人：新纳传感系统有限公司，
类型：新型
国别省市：