一种半导体工艺和装置提供具有三个差分传感器配置的高性能磁场传感器，其仅需要两个不同的钉扎轴，其中以具有四个未屏蔽磁隧道结传感器阵列的Wheatstone桥结构来形成每个差分传感器，其每个包括磁场脉冲生成器以用于有选择地施加场脉冲以稳定或恢复感测层的易轴磁化，从而在测量小磁场之前将磁化取向成正确的配置。将场脉冲依次施加到Wheatstone桥结构的感测层群组，由此允许较高电流脉冲或较大传感器阵列尺寸以获得最大的信噪比。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】一种半导体工艺和装置提供具有三个差分传感器配置的高性能磁场传感器，其仅需要两个不同的钉扎轴，其中以具有四个未屏蔽磁隧道结传感器阵列的Wheatstone桥结构来形成每个差分传感器，其每个包括磁场脉冲生成器以用于有选择地施加场脉冲以稳定或恢复感测层的易轴磁化，从而在测量小磁场之前将磁化取向成正确的配置。将场脉冲依次施加到Wheatstone桥结构的感测层群组，由此允许较高电流脉冲或较大传感器阵列尺寸以获得最大的信噪比。【专利说明】本申请要求享有2011年2月21日提交的美国专利申请N0.13/031558的权益。
此处描述的示例性实施例总体上涉及磁电子领域，更特别地，涉及用于感测磁场的兼容CMOS的磁电子场传感器。
技术介绍
传感器广泛用在现代系统中，以测量或检测物理参数(诸如位置、运动、力、加速度、温度、压强等)。虽然存在用于测量这些和其它参数的各种不同传感器类型，但它们都受到各种限制。例如，廉价的低场传感器(诸如在电子罗盘以及其它类似的磁感测应用中所使用的场传感器)通常是基于各向异性磁致电阻(AMR)的器件。为了达到所需的灵敏度和与CMOS良好匹配的合理的电阻，这种传感器的感测单元的尺寸通常处于平方毫米的量级。对于移动应用，就费用、电路面积以及功耗而言，这种AMR传感器配置很昂贵。其它类型的传感器(诸如磁隧道结(MTJ)传感器和巨磁致电阻(GMR)传感器)已经被用来提供较小外形的传感器，但这种传感器有其自身的问题，例如不足的灵敏度以及受温度改变所影响。为了解决这些问题，已经采用了 Wheatstone桥结构的MTJ、GMR和AMR传感器，以增加灵敏度并且消除依赖于温度的电阻改变。为了获得最小的传感器尺寸和成本，优选MTJ或GMR元件。典型地，Wheatstone桥结构使用磁屏蔽件来抑制桥内的参考元件的响应，从而只有感测元件(进而桥)以预定方式进行响应。然而，磁屏蔽件是厚的并且其制造需要仔细调谐的NiFe籽层和涂镀步骤。当屏蔽件暴露于强(?5k0e)磁场而保留剩磁场时，与磁屏蔽件关联的另一缺陷出现，因为该剩磁场可能损伤桥结构的低场测量能力。为了防止使用磁屏蔽件，Wheatstone桥结构可以包括用于每个感测轴的两个相反的反铁磁钉扎(pinning)方向，从而产生必须对于每个晶片单独设置的四个不同的钉扎方向，一般需要复杂且难控制的磁化技术。存在与使用MTJ传感器来感测地球磁场关联的附加挑战，例如考虑Barkhausen噪声、偶发解钉扎(sporadic de-pinning)以及感测元件对所施加的场进行响应时微磁畴的跳变所引起的测量场的变化。现有解决方案已经尝试通过经由硬磁偏置层或反铁磁钉扎层钉扎MTJ传感器中的感测元件的各端，或者通过在测量期间沿着感测元件的易轴施加磁场来解决这些挑战。这些解决方案增加了处理成本/复杂度和/或在测量期间消耗了附加功率。相应地，期望提供一种可适用于测量各种物理参数的磁电传感器和方法。还需要一种可以高效地并且廉价地构建为在移动应用中使用的集成电路结构的简单、结实并可靠的传感器。还需要一种用于克服例如上述现有技术中的问题的改进的磁场传感器和方法。此外，结合附图以及前述
和
技术介绍
，根据后续详细描述和所附权利要求，示例性实施例的其它期望的特征和特性将变得显而易见。
技术实现思路
场传感器被配置用于在测量场之前重置感测元件。所述场传感器包括:第一桥电路，包括被配置为感测沿第一维度的场的第一多个磁元件，所述第一多个磁元件包括i个磁元件群组，其中，i大于等于2 ；以及被配置为邻近所述i个群组中的每一个依次施加电流脉冲并且由此配置场传感器以用于测量沿所述第一维度的场的电路系统。在又一场传感器中，第一桥电路包括:被配置为感测第一方向上的场的第一多个磁元件，所述第一多个磁元件至少包括第一磁元件群组和第二磁元件群组；第一传导线路，定位得邻近所述第一群组；第二传导线路，定位得邻近所述第二群组；包括被配置为感测第二方向上的场的第二多个磁元件的第二桥电路，所述第二多个磁元件至少包括第三磁元件群组和第四磁元件群组；第三传导线路，定位得邻近所述第三群组；第四传导线路，定位得邻近所述第四群组；包括被配置为感测第三方向上的场的第三多个磁元件的第三桥电路，所述第三多个磁元件至少包括第五磁元件群组和第六群组磁元件群组；第五传导线路，定位得邻近所述第五群组；第六传导线路，定位得邻近所述第六群组；以及被配置为将电流脉冲依次施加到所述第一传导线路至第六传导线路中的每一个并且由此配置所述场传感器以用于测量所述第一方向、第二方向和第三方向上的场分量的电路系统。在一种重置场传感器的方法中，将第一电流脉冲施加到位于第一桥电路内的第一磁元件群组中的每一个附近的第一重置线路；并随后将第二电流脉冲施加到位于所述第一桥电路内的第二磁元件群组中的每一个附近的第二重置线路。【专利附图】【附图说明】下面将结合附图描述本专利技术，其中相同标号表示相同元件，并且图1示出其磁化沿不同方向与被钉扎层成等角的两个有源感测元件，该两个有源感测元件将响应于外部施加的磁场而偏转并且提供与并未与被钉扎层的钉扎方向对准的磁场分量有关的输出信号；图2示出使用由具有未屏蔽MTJ传感器的两个桥结构所形成的差分传感器的电子罗盘结构，以及每个桥结构的电路输出；图3是其中串联连接的MTJ传感器排列成具有与被钉扎层的磁化方向不同的磁化方向的Wheatstone桥电路的简化示意性透视图；图4是包括用于在感测操作之前或期间清理或稳定感测层的磁场生成器结构的第一 MTJ传感器和第二 MTJ传感器的部分示意性透视图；图5是其中图4所示的第一 MTJ传感器和第二 MTJ传感器形成为具有带有不同磁化方向的感测层的集成电路的部分截面图；图6是当没有稳定场施加到传感器时针对所施加的场的磁致电阻的示例曲线图；图7是当稳态稳定场施加到传感器时针对所施加的场的磁致电阻的示例曲线图；图8是当预测量重置脉冲施加到传感器时针对所施加的场的磁致电阻的示例曲线图；图9是刻线(reticle)布局的简化示意顶视图或平面图，示出由以Wheatstone桥电路配置的多个串联连接的MTJ传感器形成的差分传感器以及关于该MTJ传感器定位的磁场生成器结构；图10是被配置为接收用于重置每个桥内的多个MTJ传感器的重置脉冲的依次施加的三个Wheatstone桥的部分框图；图11是被配置为接收用于重置每个桥内的多个MTJ传感器并且感测磁场的依次重置脉冲的另外三个Wheatstone桥的部分框图；图12是用于生成依次重置脉冲的电路的示意图；图13是示出依次重置可以用于提供初始化磁场感测元件的MTJ场传感器的方法的流程图。【具体实施方式】以下详细描述在性质上仅是说明性的，并非意图限制主题内容的实施例或这些实施例的应用和使用。在此描述为示例性的任何实现方向并不一定理解为优于或好于其它实现方式。此外，不意图受限于前面
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技术介绍
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技术实现思路
或以下【具体实施方式】中所提出的任何所表达或隐含的理论。描述用于差分传感器阵列的方法和装置，其中，通过周期性地(例如在每个测量周期期间)依次施加到差分传感器阵列群组的对准场(aligning field)脉冲来动态地稳定在被钉扎层之本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：B·恩格尔，P·马瑟，
申请(专利权)人：艾沃思宾技术公司，
类型：
国别省市：
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