基于磁通调节器的宽量程垂直敏感磁传感器及其制备方法技术

本申请涉及一种基于磁通调节器的宽量程垂直敏感磁传感器及其制备方法，该磁传感器包括基板、多个磁隧道结、多个磁通调节器、第一输出端口以及第二输出端口，利用磁通调节器改变磁隧道结处的磁感应强度，达到增强和衰减两种效果，使用磁感应强度增强位置处的磁隧道结构成的磁传感器，灵敏度提高，可以探测更加微弱的磁场；使用磁感应强度衰减位置处的磁隧道结构成的磁传感器，灵敏度降低，可以探测更大量程的磁场，两种效果的磁传感器结合，可以同时达到高灵敏度、宽量程的磁探测结果，扩展垂直敏感磁传感器的探测上限和下限。敏感磁传感器的探测上限和下限。敏感磁传感器的探测上限和下限。

【技术实现步骤摘要】
基于磁通调节器的宽量程垂直敏感磁传感器及其制备方法


[0001]本申请涉及传感器领域，特别是涉及一种基于磁通调节器的宽量程垂直敏感磁传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]磁传感器作为一种现代前沿技术，能够将磁场变化量转化为其他物理变化量，实现了磁场探测的功能；又因其尺寸小巧、价格低廉，可以和其他电路一同集成到芯片上，从而达到更高的工作性能，所以被广泛用于各种实际场景，如地质勘探、生物医学、汽车工业、电子产品等，大大提高了人们的工作效率，增加了生活的便利。
[0003]目前，随着磁场探测技术的发展，在现有技术中出现了许多不同类型的磁传感器用于测量磁场和其他参数，例如霍尔(Hall)元件、各向异性磁电阻AMR元件、巨磁电阻GMR元件、隧道磁电阻TMR元件、巨磁阻抗GMI元件等技术。霍尔元件是一种应用霍尔效应的半导体，以霍尔元件为敏感元件的磁传感器通常使用聚磁环结构来放大磁场。
[0004]然而，随着磁传感器的需求越来越广，应用场景也越来越复杂，不同技术路线的磁传感器在量程、灵敏度等方面各有优势，对于不同磁场，往往需要不同的探测范围，实现全覆盖探测。但是，不同磁传感器的灵敏度和量程两个指标在实际应用需求中均存在问题，例如霍尔元件，灵敏度低是其主要问题；TMR元件在尺寸一定的情况下，存在灵敏度和量程互相制约的问题，因此，实现磁传感器在灵敏度和量程两个指标上同时扩展的问题亟待解决。

技术实现思路

[0005]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种宽量程、高灵敏度的磁传感器及其制备方法。<br/>[0006]第一方面，本申请提供了一种基于磁通调节器的宽量程垂直敏感磁传感器。该磁传感器包括：基板、多个磁隧道结、多个磁通调节器、第一输出端口以及第二输出端口，其中，多个磁隧道结设置于基板上方，多个磁通调节器设置于多个磁隧道结上方，多个磁隧道结包括第一磁隧道结和第二磁隧道结，第一磁隧道结位于磁通调节器的下方，第二磁隧道结位于相邻的两个磁通调节器的间隙下方；第一输出端口与第一磁隧道结连接，第二输出端口与第二磁隧道结连接，第一输出端口和第二输出端口，均用于输出感测信号，感测信号用于表征Z轴方向的磁场的磁感应强度，Z轴方向为与基板垂直的方向。
[0007]在其中一个实施例中，第一磁隧道结和第二磁隧道结在基板上分区设置；或者，第一磁隧道结和第二磁隧道结在基板上交替设置。
[0008]在其中一个实施例中，该基于磁通调节器的宽量程垂直敏感磁传感器还包括电压输入端口以及接地端口，电压输入端口以及接地端口与第一磁隧道结和第二磁隧道结均连接；第一输出端口包括第一正极输出端口和第一负极输出端口，第一正极输出端口、第一负极输出端口、电压输入端口、接地端口以及第一磁隧道结形成第一推挽式惠斯通全桥结构；第二输出端口包括第二正极输出端口和第二负极输出端口，第二正极输出端口、第二负极
输出端口、电压输入端口、接地端口以及第二磁隧道结形成第二推挽式惠斯通全桥结构。
[0009]在其中一个实施例中，该基于磁通调节器的宽量程垂直敏感磁传感器包括多个第一磁隧道结，其中，第一磁隧道结形成第一磁阻电路、第二磁阻电路、第三磁阻电路和第四磁阻电路，第一磁阻电路、第二磁阻电路、第三磁阻电路和第四磁阻电路均包括至少一个第一磁隧道结；第一磁阻电路的第一端与第二磁阻电路的第一端连接，第二磁阻电路的第二端与第三磁阻电路的第一端连接，第三磁阻电路的第二端与第四磁阻电路的第一端连接，第四磁阻电路的第二端与第一磁阻电路的第二端连接；第一正极输出端口分别与第一磁阻电路的第一端的和第四磁阻电路的第二端连接；第一负极输出端口分别与第二磁阻电路的第二端的和第三磁阻电路的第一端连接；电压输入端口分别与第一磁阻电路的第二端的和第二磁阻电路的第一端连接；接地端口分别与第三磁阻电路的第二端的和第四磁阻电路的第一端连接。
[0010]在其中一个实施例中，该基于磁通调节器的宽量程垂直敏感磁传感器包括多个第二磁隧道结，其中，多个第二磁隧道结形成第五磁阻电路、第六磁阻电路、第七磁阻电路和第八磁阻电路，第五磁阻电路、第六磁阻电路、第七磁阻电路和第八磁阻电路均包括至少一个第二磁隧道结；第五磁阻电路的第二端与第六磁阻电路的第一端连接，第六磁阻电路的第二端与第七磁阻电路的第一端连接，第七磁阻电路的第二端与第八磁阻电路的第一端连接，第八磁阻电路的第二端与第五磁阻电路的第一端连接；第二正极输出端口分别与第五磁阻电路的第一端的和第八磁阻电路的第二端连接；第二负极输出端口分别与第六磁阻电路的第二端的和第七磁阻电路的第一端连接；电压输入端口分别与第五磁阻电路的第二端的和第六磁阻电路的第一端连接；接地端口分别与第七磁阻电路的第二端的和第八磁阻电路的第一端连接。
[0011]在其中一个实施例中，第一磁隧道结的磁敏感方向为Z轴正方向，第二磁隧道结的磁敏感方向为Z轴负方向；或者，第一磁隧道结的磁敏感方向为Z轴负方向，第二磁隧道结的磁敏感方向为Z轴正方向。
[0012]第二方面，本申请还提供了一种基于磁通调节器的宽量程垂直敏感磁传感器制备方法。该方法包括：在基板上制备多个磁隧道结，多个磁隧道结包括第一磁隧道结和第二磁隧道结；在基板上制备连接线，连接线包括用于连接第一磁隧道结和第一输出端口的第一连接线，以及用于连接第二磁隧道结和第二输出端口的第二连接线，其中，第一输出端口和第二输出端口，均用于输出感测信号，感测信号用于表征Z轴方向的磁场的磁感应强度，Z轴方向为与基板垂直的方向；根据第一磁隧道结和第二磁隧道结在基板上的位置制备在多个磁隧道结上方制备多个磁通调节器，使得第一磁隧道结位于磁通调节器的下方，第二磁隧道结位于相邻的两个磁通调节器的间隙下方。
[0013]在其中一个实施例中，在基板上制备多个磁隧道结，包括：在基板上生成TMR多层膜结构；对TMR多层膜结构进行刻蚀处理，得到按行排布的多个磁隧道结单元，其中，各行磁隧道结单元组成磁隧道结；对多个磁隧道结单元进行退火处理，以得到第一磁隧道结和第二磁隧道结；其中，第一磁隧道结的磁敏感方向为Z轴正方向，第二磁隧道结的磁敏感方向为Z轴负方向；或者，第一磁隧道结的磁敏感方向为Z轴负方向，第二磁隧道结的磁敏感方向为Z轴正方向。
[0014]在其中一个实施例中，连接线还包括第三连接线和第四连接线，第三连接线用于连接第一磁隧道结、电压输入端口以及接地端口，第四连接线用于连接第二磁隧道结、电压输入端口以及接地端口。
[0015]在其中一个实施例中，在基板上制备连接线，包括：在第一磁隧道结和第二磁隧道结在基板上交替设置的情况下，在基板上制备一部分连接线；沉积一层绝缘材料，并在绝缘材料上沉积一层导电材料，对导电材料进行刻蚀以制备得到另一部分连接线。
[0016]上述基于磁通调节器的宽量程垂直敏感磁传感器及其制备方法，提供了一种基于磁通调节器的宽量程垂直敏感磁传感器，该磁传感器由基板、多个磁隧道结、多个磁通调节器、第一输出端口以及第二输出端口组成，利用多个磁通调节器改变多个磁隧道结处的磁感应强度，达到增强和衰减的两种效果，使用磁感本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于磁通调节器的宽量程垂直敏感磁传感器，其特征在于，所述磁传感器包括基板、多个磁隧道结、多个磁通调节器、第一输出端口以及第二输出端口，其中，所述多个磁隧道结设置于所述基板上方，所述多个磁通调节器设置于所述多个磁隧道结上方，所述多个磁隧道结包括第一磁隧道结和第二磁隧道结，所述第一磁隧道结位于所述磁通调节器的下方，所述第二磁隧道结位于相邻的两个所述磁通调节器的间隙下方；所述第一输出端口与所述第一磁隧道结连接，所述第二输出端口与所述第二磁隧道结连接，所述第一输出端口和所述第二输出端口，均用于输出感测信号，所述感测信号用于表征Z轴方向的磁场的磁感应强度，所述Z轴方向为与所述基板垂直的方向。2.根据权利要求1所述的基于磁通调节器的宽量程垂直敏感磁传感器，其特征在于，所述第一磁隧道结和所述第二磁隧道结在所述基板上分区设置；或者，所述第一磁隧道结和所述第二磁隧道结在所述基板上交替设置。3.根据权利要求1或2所述的基于磁通调节器的宽量程垂直敏感磁传感器，其特征在于，所述磁传感器还包括电压输入端口以及接地端口，所述电压输入端口以及所述接地端口与所述第一磁隧道结和所述第二磁隧道结均连接；所述第一输出端口包括第一正极输出端口和第一负极输出端口，所述第一正极输出端口、所述第一负极输出端口、所述电压输入端口、所述接地端口以及所述第一磁隧道结形成第一推挽式惠斯通全桥结构；所述第二输出端口包括第二正极输出端口和第二负极输出端口，所述第二正极输出端口、所述第二负极输出端口、所述电压输入端口、所述接地端口以及所述第二磁隧道结形成第二推挽式惠斯通全桥结构。4.根据权利要求3所述的基于磁通调节器的宽量程垂直敏感磁传感器，其特征在于，所述磁传感器包括多个所述第一磁隧道结，其中，多个所述第一磁隧道结形成第一磁阻电路、第二磁阻电路、第三磁阻电路和第四磁阻电路，所述第一磁阻电路、所述第二磁阻电路、所述第三磁阻电路和所述第四磁阻电路均包括至少一个所述第一磁隧道结；所述第一磁阻电路的第一端与所述第二磁阻电路的第一端连接，所述第二磁阻电路的第二端与所述第三磁阻电路的第一端连接，所述第三磁阻电路的第二端与所述第四磁阻电路的第一端连接，所述第四磁阻电路的第二端与所述第一磁阻电路的第二端连接；所述第一正极输出端口分别与所述第一磁阻电路的第一端的和所述第四磁阻电路的第二端连接；所述第一负极输出端口分别与所述第二磁阻电路的第二端的和所述第三磁阻电路的第一端连接；所述电压输入端口分别与所述第一磁阻电路的第二端的和所述第二磁阻电路的第一端连接；所述接地端口分别与所述第三磁阻电路的第二端的和所述第四磁阻电路的第一端连接。5.根据权利要求3所述的基于磁通调节器的宽量程垂直敏感磁传感器，其特征在于，所述磁传感器包括多个所述第二磁隧道结，其中，多个所述第二磁隧道结形成第五磁阻电路、第六磁阻电路、第七磁阻电路和第八磁阻电路，所述第五磁阻电路、所述第六磁阻电路、所述第七磁阻电路和所述第八磁阻电路均包括至少一个所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏，吕前程，田兵，谭泽杰，王志明，韦杰，陈仁泽，樊小鹏，刘仲，徐振恒，姚森敬，李立浧，林跃欢，刘胜荣，骆柏锋，张佳明，尹旭，
申请(专利权)人：南方电网数字电网研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：