TMR磁传感器制造技术

本技术提供一种TMR磁传感器，其包括：耦接于电源端和输出端之间的第一桥臂；耦接于输出端和接地端之间的第二桥臂；第一桥臂和第二桥臂中的一个为阻值随磁场变化的电阻，另一个为阻值不随磁场变化的电阻，第一桥臂和第二桥臂形成于同一个衬底上，阻值随磁场变化的电阻包括多个磁隧道结，在电流流过阻值随磁场变化的电阻时，电流在磁隧道结的结区的流动方向与所述衬底的表面垂直；在电流流过阻值不随磁场变化的电阻时，电流的流动方向与所述衬底的表面平行。这样，采用一次退火方式就可以实现所述TMR磁传感器，无需采用软磁材料屏蔽TMR磁传感器中的桥臂实现单芯片集成，降低了TMR磁传感器工艺制造的难度。

【技术实现步骤摘要】

【】本技术涉及磁传感器领域，尤其涉及一种tmr(tunnel magneto-resistance，tmr)传感器。

技术介绍

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技术介绍

1、现存的tmr磁传感器一般使用惠斯通全桥或惠斯通半桥来将磁信号转化为电压信号。图1为惠斯通全桥式tmr磁传感器的电路结构示意图，其包括耦接于第一输出端v+、第二输出端v-、电源端vdd、接地端gnd之间的四个桥臂110、120、130、140，具体连接关系如图1。tmr磁传感器初始状态时，各个桥臂的自由层和钉扎层的磁化方向之间的夹角理想状态下为90度，由于桥臂的电阻与该夹角相关，夹角为零时，桥臂的电阻最小，夹角为180度时，桥臂的电阻最大。全桥要求相邻的两个桥臂的电阻变化相反。例，当施加向右的磁场时，桥臂110和130的电阻变小，桥臂120和140的电阻变大。这就要求桥臂110和130的钉扎层的磁化方向与桥臂120和140的钉扎层的磁化方向相反。

2、要实现同一半桥上的两个桥臂的钉扎层的磁化方向相反，一般有以下几种方式可实现。一是用打线的方式实现，可以将每个半桥中的一个桥臂机械的旋转180度，之后两个桥臂通过打线连接，然而这种打线方式无法实现单芯片的集成。二是采用局域退火的方式，即采用激光或其他方式局域加热，对不同区域施加不同方向磁场，这种方式需要多次退火方式，效率偏低，成本较高，其中退火可以使得基于氧化镁势垒磁性隧道结的tmr值变大并且可以定义钉扎层的磁化方向；三是将钉扎层与自由层的磁矩初始方向设定为45度或135度，这种方式相比于钉扎层与自由层90度的初始夹角，量程有所降低。若要单芯片实现如100图所示的结构，只有局域退火的方式。

3、除了全桥式tmr磁传感器之外，还有半桥式或单臂桥式tmr磁传感器。图2为一种单臂桥式tmr磁传感器200a的电路结构示意图，图3为一种惠斯通半桥式tmr磁传感器200b的电路结构示意图。tmr磁传感器200a的桥臂201和202的钉扎层的磁化方向均相同，桥臂201的电阻随磁场变化，桥臂202的电阻不随磁场发生变化。tmr磁传感器200b的桥臂203、206、204和205的钉扎层的磁化方向均相同，桥臂203和206的电阻随磁场变化，桥臂204和205的电阻不随磁场变化。在传统方式中，桥臂202、204和205的薄膜与加工后的结构中，电流垂直于膜面，与桥臂201，203，205的结构相同，但需要在桥臂202、204和205上或(和)其下需制备较厚的软磁材料来屏蔽外磁场，需要额外的工艺步骤来实现，提高了成本。

4、因此，亟需提出一种新的技术方案来解决上述问题。

技术实现思路

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技术实现思路

1、本技术的目的之一在于提供一种tmr磁传感器，其无需采用软磁材料屏蔽tmr磁传感器中的桥臂就可实现单芯片集成，降低了tmr磁传感器工艺制造的难度。

2、为实现上述目的，根据本技术的一个方面，本技术提供一种tmr磁传感器，其包括：电源端、接地端和输出端；耦接于所述电源端和所述输出端之间的第一桥臂；耦接于所述输出端和所述接地端之间的第二桥臂；其中第一桥臂和第二桥臂中的一个为阻值随磁场变化的电阻，第一桥臂和第二桥臂中的另一个为阻值不随磁场变化的电阻，第一桥臂和第二桥臂形成于同一个衬底上，阻值随磁场变化的电阻包括多个磁隧道结，每个磁隧道结包括顶电极区、与所述顶电极区耦接的结区和与所述结区耦接的底电极区，在电流流过阻值随磁场变化的电阻时，电流在所述结区的流动方向与所述衬底的表面垂直；在电流流过阻值不随磁场变化的电阻时，电流的流动方向与所述衬底的表面平行。

3、与现有技术相比，本技术中具有如下优点中的一个或多个：所述tmr磁传感器可以实现低成本的单芯片集成；采用一次退火方式就可实现桥式tmr磁传感器，无需采用软磁材料屏蔽电桥中的桥臂，降低tmr磁传感器的工艺制造的难度。

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【技术保护点】

1.一种TMR磁传感器，其特征在于，其包括：

2.根据权利要求1所述的TMR磁传感器，其特征在于，所述输出端为两个，分别为第一输出端和第二输出端，

3.根据权利要求2所述的TMR磁传感器，其特征在于，第一桥臂和第四桥臂同为阻值随磁场变化的电阻或阻值不随磁场变化的电阻，第二桥臂和第三桥臂同为阻值不随磁场变化的电阻或阻值随磁场变化的电阻。

4.根据权利要求1-3任一所述的TMR磁传感器，其特征在于，阻值随磁场变化的电阻和阻值不随磁场变化的电阻均包括有同时形成的钉扎层，阻值随磁场变化的电阻的钉扎层的磁化方向与阻值不随磁场变化的电阻的钉扎层的磁化方向相同。

5.根据权利要求4所述的TMR磁传感器，其特征在于，阻值随磁场变化的电阻中的至少部分磁隧道结相互串联，相邻的两个磁隧道结的顶电极区或底电极区相连，所述顶电极区所属层位于所述结区所属层的上方，所述结区所属层位于所述底电极区所属层的上方，电流在所述顶电极区和所述底电极区的流动方向与所述钉扎层的磁化方向垂直且与所述衬底的表面平行，所述结区所属层为隧穿层，所述顶电极区所属层为自由层或者钉扎层，底电极区所属层为钉扎层或者自由层。

6.根据权利要求5所述的TMR磁传感器，其特征在于，阻值不随磁场变化的电阻包括弯折排布的电阻条，所述电阻条包括共形的顶电极区、结区和底电极区，阻值不随磁场变化的电阻中的顶电极区、结区和底电极区分别与阻值随磁场变化的电阻中的顶电极区、结区和底电极区位于相同的层，

7.根据权利要求6所述的TMR磁传感器，其特征在于，所述电阻条迂回排布，所述电阻条包括多个平行的条主体部和连接相邻的两个条主体部的条弯折部。

8.根据权利要求7所述的TMR磁传感器，其特征在于，所述条主体部的延伸方向与所述钉扎层的磁化方向相同或垂直。

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【技术特征摘要】

1.一种tmr磁传感器，其特征在于，其包括：

2.根据权利要求1所述的tmr磁传感器，其特征在于，所述输出端为两个，分别为第一输出端和第二输出端，

3.根据权利要求2所述的tmr磁传感器，其特征在于，第一桥臂和第四桥臂同为阻值随磁场变化的电阻或阻值不随磁场变化的电阻，第二桥臂和第三桥臂同为阻值不随磁场变化的电阻或阻值随磁场变化的电阻。

4.根据权利要求1-3任一所述的tmr磁传感器，其特征在于，阻值随磁场变化的电阻和阻值不随磁场变化的电阻均包括有同时形成的钉扎层，阻值随磁场变化的电阻的钉扎层的磁化方向与阻值不随磁场变化的电阻的钉扎层的磁化方向相同。

5.根据权利要求4所述的tmr磁传感器，其特征在于，阻值随磁场变化的电阻中的至少部分磁隧道结相互串联，相邻的两个磁隧道结的顶电极区或底电极区相连，所述顶电极区所属层位于所述结区所属层的...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄黎，蒋乐跃，储莉玲，凌方舟，
申请(专利权)人：美新半导体无锡有限公司，
类型：新型
国别省市：