專利名稱：用于驗(yàn)鈔機(jī)磁頭的tmr半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳感器芯片，特別是涉及一種用于驗(yàn)鈔機(jī)磁頭的以磁隧道電阻結(jié)MTJ為感應(yīng)元件的TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片。
背景技術(shù)：
在日常生活中，驗(yàn)鈔機(jī)磁頭的應(yīng)用非常廣泛，如自動(dòng)售貨機(jī)、點(diǎn)鈔機(jī)等設(shè)備中均需要驗(yàn)鈔機(jī)磁頭。目前主流的驗(yàn)鈔機(jī)磁頭技術(shù)中，使用的是以銻化銦為敏感材料的磁頭，感應(yīng)方向垂直于檢測(cè)面，在紙幣經(jīng)過磁頭時(shí)，磁場(chǎng)會(huì)發(fā)生變化，通過檢測(cè)磁場(chǎng)的變化，實(shí)現(xiàn)這種紙幣真?zhèn)蔚蔫b別。但是這種磁頭的靈敏度低、信噪比低、體積大、溫度穩(wěn)定性差，可靠性較差。以磁隧道電阻結(jié)MTJ為感應(yīng)元件的驗(yàn)鈔機(jī)磁頭能有效地克服上述磁頭的缺點(diǎn)。在以MTJ為感應(yīng)元件的驗(yàn)鈔機(jī)磁頭中，包括磁場(chǎng)傳感器芯片、信號(hào)處理電路、磁激勵(lì)元件、輸出引腳以及線路板等部件。磁激勵(lì)元件提供一個(gè)激勵(lì)磁場(chǎng)，使得在被測(cè)空間產(chǎn)生一個(gè)在敏感方向上的磁場(chǎng)，磁場(chǎng)傳感器芯片感應(yīng)此磁場(chǎng)，并將其轉(zhuǎn)化成電信號(hào)。電信號(hào)經(jīng)過信號(hào)處理電路的轉(zhuǎn)換之后，通過線路板傳遞到驗(yàn)鈔機(jī)磁頭的輸出引腳。磁場(chǎng)傳感器芯片中具有磁偏置結(jié)構(gòu)和磁電阻元件，磁偏置結(jié)構(gòu)提供偏置磁場(chǎng)，以使磁電阻元件工作在線性區(qū)，磁電阻元件感應(yīng)外界磁場(chǎng)的變化。本實(shí)用新型提供了一種TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片，可以作為驗(yàn)鈔機(jī)磁頭中的磁場(chǎng)傳感器芯片，具有靈敏度高、可制造性強(qiáng)的特點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容驗(yàn)鈔機(jī)磁頭由·磁場(chǎng)傳感器芯片、信號(hào)處理電路、磁背偏置元件、輸出引腳以及線路板等部件組成。本實(shí)用新型提供的是一種半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片，是驗(yàn)鈔機(jī)磁頭的核心器件，具有高靈敏度、高信噪比、小體積、高溫度穩(wěn)定性和高可靠性的優(yōu)點(diǎn)，其由半導(dǎo)體基片、磁偏置結(jié)構(gòu)、磁電阻元件構(gòu)成的半橋電路和位于半導(dǎo)體基片上的電氣輸出端構(gòu)成。由此芯片制成的驗(yàn)鈔機(jī)可以替代現(xiàn)有技術(shù)的驗(yàn)鈔機(jī)，提高驗(yàn)鈔機(jī)的性能。TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片中的半橋電路由橢圓形的磁隧道電阻結(jié)MTJ構(gòu)成，磁隧道電阻結(jié)MTJ的短軸方向即TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片的感應(yīng)方向。設(shè)TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片的供電電壓為Vcc,若兩個(gè)磁電阻橋臂上方的沿TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片的感應(yīng)方向的磁場(chǎng)相同，貝1J半橋電路的輸出電壓為0.5Vcc ;若半橋電路的上方存在沿TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片的感應(yīng)方向的梯度磁場(chǎng)，則半橋電路的輸出電壓將偏離
0.5Vcc。所述磁場(chǎng)的梯度越大，半橋電路的輸出電壓偏離0.5Vcc越多。本實(shí)用新型中采用串聯(lián)、并聯(lián)的方式將多個(gè)磁隧道電阻結(jié)MTJ構(gòu)成半橋電路的橋臂，可以提高TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片的靈敏度、信噪比以及可靠性。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo):—種用于驗(yàn)鈔機(jī)磁頭的TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片，其感應(yīng)方向與其表面平行，且其表面與背偏置磁體在傳感器芯片處產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向垂直，該TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片安裝在背偏置磁體上方，所述傳感器芯片包括集成在TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片上的磁偏置結(jié)構(gòu)、半橋電路以及輸入輸出接線端；所述輸入輸出接線端包括分別設(shè)置在半橋電路上的電源輸入端、半橋輸出端和接地端，所述電源輸入端、所述半橋輸出端以及所述接地端分別至少包括一個(gè)引線鍵合焊盤；所述半橋電路包括兩個(gè)橋臂，每個(gè)所述橋臂由一個(gè)磁電阻單元構(gòu)成或由兩個(gè)以上的磁電阻單元并聯(lián)而成；每個(gè)所述磁電阻單元由一個(gè)磁電阻串構(gòu)成或由兩個(gè)以上的磁電阻串串聯(lián)而成，每個(gè)所述磁電阻串至少包括一個(gè)磁隧道電阻結(jié)MTJ ；所述磁偏置結(jié)構(gòu)為半橋電路中的磁隧道電阻結(jié)MTJ提供偏置以使半橋電路工作在線性區(qū)。優(yōu)選地，所述兩個(gè)橋臂沿著所述TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片的感應(yīng)方向排列，所述兩個(gè)橋臂的感應(yīng)方向與所述TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片的感應(yīng)方向相同，所述兩個(gè)橋臂之間的中心距為5(Tl000 um。優(yōu)選地，所述磁電阻單元沿著垂直于所述TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片的感應(yīng)方向排列，兩個(gè)相鄰磁電阻單元之間的中心距為20(T800 um。
優(yōu)選地，所述磁電阻串沿著垂直于所述TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片的感應(yīng)方向排列，兩個(gè)相鄰磁電阻串之間的中心距為2(T100 um。優(yōu)選地，所述磁隧道電阻結(jié)MTJ沿著所述TMR半橋梯度傳感器芯片的感應(yīng)方向排列，兩個(gè)相鄰磁隧道電阻結(jié)MTJ之間的中心距為廣20 um。優(yōu)選地，所述磁隧道電阻結(jié)MTJ的俯視形狀呈橢圓形，其長(zhǎng)、短軸長(zhǎng)度之比大于3，且所述磁隧道電阻結(jié)MTJ的短軸平行于所述TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片的感應(yīng)方向。優(yōu)選地，在沒有外加磁場(chǎng)時(shí)，所述磁隧道電阻結(jié)MTJ中自由層的磁矩方向在所述磁偏置結(jié)構(gòu)的作用下，指向該自由層的易磁化軸方向。優(yōu)選地，所述集成在芯片上的磁偏置結(jié)構(gòu)是塊狀或?qū)訝畹慕Y(jié)構(gòu)，所用材料可以是由Cr, Co, Pt, Pd, Ni或Fe組成的合金。優(yōu)選地，所述磁偏置結(jié)構(gòu)由兩個(gè)相鄰磁電阻串之間的集成在芯片上的永磁體構(gòu)成，并且所述永磁體的磁化方向垂直于所述TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片的感應(yīng)方向。優(yōu)選地，所述磁偏置結(jié)構(gòu)由沉積在所述磁隧道電阻結(jié)MTJ上的磁性薄膜構(gòu)成，并且所述磁性薄膜的磁化方向垂直于所述TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片的感應(yīng)方向。優(yōu)選地，所述磁偏置結(jié)構(gòu)由沉積在所述磁隧道電阻結(jié)MTJ上的交換作用層構(gòu)成，所述交換作用層包括反鐵磁層和與所述反鐵磁層弱耦合的鐵磁層，并且所述鐵磁層的磁化方向垂直于所述TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片的感應(yīng)方向。優(yōu)選地，所述輸入輸出接線端中的每一接線端均有兩個(gè)引線鍵合焊盤，所述兩個(gè)引線鍵合焊盤位于所述TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片的兩端，多個(gè)芯片通過引線鍵合焊盤互連，構(gòu)成傳感器芯片組合，構(gòu)成的傳感器芯片組合的感應(yīng)區(qū)域面積大于單一 TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片的感應(yīng)區(qū)域面積。優(yōu)選地，所述引線鍵合焊盤的長(zhǎng)度為15 2000um，寬度為15 1000 um。優(yōu)選地，所述TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片上的各元件之間用電連接導(dǎo)體連接，所述電連接導(dǎo)體的寬度不小于10 um。優(yōu)選地，所述TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片的長(zhǎng)度為50(T3000um，寬度為200 1500um。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:可制造性強(qiáng)、靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)、成本低。上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。本發(fā)明的具體實(shí)施方式
由以下實(shí)施例詳細(xì)給出。

此處所說明的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:圖1是TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片110的示意圖。圖2是兩個(gè)或兩個(gè)以上TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片110之間的連接方法示意圖。圖3是第一種磁偏置方法組成的磁偏置單元111的示意圖。
圖4是第一種磁偏置方法中磁隧道電阻結(jié)MTJ301與相鄰的永磁體303之間的位置關(guān)系圖。圖5是第一種磁偏置方法中磁隧道電阻結(jié)MTJ301的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是第二種磁偏置方法組成的磁偏置單元111的示意圖。圖7是第二種磁偏置方法中的磁隧道電阻結(jié)MTJ601的示意圖。圖8是第三種磁偏置方法中的磁隧道電阻結(jié)MTJ801的示意圖。圖9是一個(gè)磁電阻串的截面圖。
具體實(shí)施方式
下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例，來詳細(xì)闡述本實(shí)用新型。圖1是TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片110的示意圖，芯片中所有部件都位于基板108上，基板108可以由硅、陶瓷、樹脂等可以制作集成電路的材料構(gòu)成，本實(shí)用新型中采用的是硅基板。兩個(gè)相同、且沿著TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片感應(yīng)方向排列的橋臂112，作為TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片110的兩個(gè)橋臂，兩個(gè)橋臂之間具有一定的中心距107，根據(jù)應(yīng)用環(huán)境的不同，可以將中心距107在50微米到1000微米之間進(jìn)行調(diào)節(jié)。橋臂112由五個(gè)磁電阻單兀111并聯(lián)構(gòu)成。TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片有三個(gè)輸入輸出端子:電源輸入端Vcc、半橋輸出端Vout和接地端GND，且每個(gè)端子都有兩個(gè)焊盤:電源輸入端Vcc包括焊盤101和焊盤102，半橋輸出端Vout包括焊盤103和焊盤104，接地端GND包括焊盤105和焊盤106,如圖1中所示。此外，電源輸入端Vcc也可以為包括焊盤105和焊盤106,半橋輸出端Vout為包括焊盤103和焊盤104，接地端GND為包括焊盤101和焊盤102，這種情形未在圖1中示出。焊盤和焊盤之間、焊盤和橋臂之間用電連接導(dǎo)體109相連，電連接導(dǎo)體是高電導(dǎo)率的材料制成的。圖2是兩個(gè)及兩個(gè)以上TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片110的連接方法示意圖。由于每個(gè)輸入輸出端子都具有兩個(gè)焊盤，使多個(gè)TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片110可以用引線鍵合的方式實(shí)現(xiàn)電氣互連，圖中的201即為用以引線鍵合的互連線。通過將多個(gè)芯片連接起來，可以增加感應(yīng)區(qū)域的面積。圖3是第一種磁偏置方法組成的磁電阻單元111，即磁偏置結(jié)構(gòu)由相鄰兩個(gè)磁電阻串之間的集成在芯片上的永磁體構(gòu)成。一個(gè)磁隧道電阻結(jié)MTJ301可構(gòu)成一個(gè)磁電阻串302，或多個(gè)磁隧道電阻結(jié)MTJ301串聯(lián)或并聯(lián)構(gòu)成一個(gè)磁電阻串302，本實(shí)施例中磁隧道電阻結(jié)MTJ301的個(gè)數(shù)為十二個(gè)，磁隧道電阻結(jié)MTJ301沿著半橋梯度傳感器芯片的感應(yīng)方向排列，其中相鄰的磁隧道電阻結(jié)MTJ301之間的中心距為l 20um，本實(shí)施例中為6um。一個(gè)磁電阻串302可構(gòu)成一個(gè)磁電阻單元111，或多個(gè)磁電阻串302串聯(lián)構(gòu)成一個(gè)磁電阻單元111，本實(shí)施例中磁電阻串302的個(gè)數(shù)為七個(gè)，磁電阻串302沿著垂直于半橋梯度傳感器芯片的感應(yīng)方向的方向排列，其中相鄰的磁電阻串之間的中心距305為2(Tl00um，本實(shí)施例中為54um。一個(gè)磁電阻單元111可構(gòu)成一個(gè)橋臂112，或多個(gè)磁電阻單元111并聯(lián)構(gòu)成一個(gè)橋臂112，本實(shí)施例中磁電阻單元111的個(gè)數(shù)為五個(gè)，磁電阻單元111沿著垂直于半橋梯度傳感器芯片的感應(yīng)方向的方向排列。在相鄰兩個(gè)磁電阻串302之間，具有集成在芯片上的永磁體303 ;由導(dǎo)電材料構(gòu)成的電連接304導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)相鄰的兩個(gè)磁電阻串302之間的電連接。永磁體材料可以是Cr, Co, Pt, Pd, Ni或Fe組成的合金。圖4顯示了第一種磁偏置方法中的永磁體303和磁隧道電阻結(jié)MTJ301之間的位置關(guān)系。在本設(shè)計(jì)中，將永磁體303和磁隧道電阻結(jié)MTJ301沿著垂直于半橋梯度傳感器芯片的感應(yīng)方向的方向交替放置，從而使磁隧道電阻結(jié)MTJ301的兩邊均具有永磁體303。磁隧道電阻結(jié)MTJ301具有橢圓形的俯視形狀，根據(jù)形狀各向異性，長(zhǎng)軸401即為磁隧道電阻結(jié)MTJ301的易磁化軸，短軸402即為磁隧道電阻結(jié)MTJ301的難磁化軸。永磁體303的磁化方向如圖中單向箭頭403所示，永磁體303在MTJ301處產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向平行于MTJ301的長(zhǎng)軸401，以減小磁隧道電阻結(jié)MTJ301的磁滯。圖5是圖4中的磁隧道電阻結(jié)MTJ301的結(jié)構(gòu)示意圖，磁隧道電阻結(jié)MTJ301由磁性自由層501、隧道勢(shì)壘層502、被釘扎層503和反鐵磁層504構(gòu)成。磁隧道電阻結(jié)MTJ301的長(zhǎng)軸和短軸的長(zhǎng)度之比大于3，本實(shí)施例中長(zhǎng)軸505和短軸506的尺寸分別為IOum和1.5um。隧道勢(shì)壘層502通常由MgO或Al2O3構(gòu)成，并構(gòu)成了磁隧道電阻結(jié)MTJ301的絕大多數(shù)電阻。反鐵磁層504和被釘扎層503的交換耦合作用決定了被釘扎層503的磁化方向，本實(shí)施例中，被釘扎層503的磁化方向平行于短軸506的方向。磁性自由層501的磁化方向受外界磁場(chǎng)的影響，在沒有外加磁場(chǎng)時(shí)，磁性自由層501的磁化方向平行于永磁體303的磁化方向403 ;當(dāng)有紙幣靠近芯片時(shí)，在紙幣以及驗(yàn)鈔磁頭中的背磁體的作用下，磁性自由層501的磁化方向?qū)l(fā)生變化，根據(jù)隧穿效應(yīng)，磁隧道電阻結(jié)MTJ301的電阻也隨之變化，再經(jīng)過信號(hào)轉(zhuǎn)化，即可實(shí)現(xiàn)紙幣的檢測(cè)。圖6是第二種磁偏置方法組成的磁電阻單元111，即磁偏置結(jié)構(gòu)由沉積在磁隧道電阻結(jié)MTJ上的磁性薄膜構(gòu)成，一個(gè)磁隧道電阻結(jié)MTJ601可構(gòu)成一個(gè)磁電阻串602，或多個(gè)磁隧道電阻結(jié) MTJ601串聯(lián)或并聯(lián)構(gòu)成一個(gè)磁電阻串602，本實(shí)施例中磁隧道電阻結(jié)MTJ601的個(gè)數(shù)為十二個(gè)，磁隧道電阻結(jié)MTJ601沿著半橋梯度傳感器芯片的感應(yīng)方向排列，其中相鄰的磁隧道電阻結(jié)MTJ601之間的中心距為l 20um，本實(shí)施例中為6um。一個(gè)磁電阻串602構(gòu)成一個(gè)磁電阻單元111，或多個(gè)磁電阻串602串聯(lián)構(gòu)成一個(gè)磁電阻單元111，本實(shí)施例中磁電阻串602的個(gè)數(shù)為七個(gè)，磁電阻串602沿著垂直于半橋梯度傳感器芯片的感應(yīng)方向的方向排列，其中相鄰的磁電阻串之間的中心距604為2(Tl00um，本實(shí)施例中是54um。一個(gè)磁電阻單元111構(gòu)成一個(gè)橋臂112，或多個(gè)磁電阻單元111并聯(lián)構(gòu)成一個(gè)橋臂112，本實(shí)施例中有五個(gè)磁電阻單元111，磁電阻單元111沿著垂直于半橋梯度傳感器芯片的感應(yīng)方向的方向排列。由導(dǎo)電材料構(gòu)成的電連接導(dǎo)體603實(shí)現(xiàn)相鄰的兩個(gè)磁電阻串602之間的電連接。圖7是圖6中的磁隧道電阻結(jié)MTJ601的結(jié)構(gòu)示意圖，磁隧道電阻結(jié)MTJ601由構(gòu)成磁偏置結(jié)構(gòu)的磁性薄膜701、磁性自由層702、隧道勢(shì)壘層703、被釘扎層704和反鐵磁層705構(gòu)成。磁隧道電阻結(jié)MTJ601的長(zhǎng)軸和短軸的長(zhǎng)度之比大于3，本實(shí)施例中長(zhǎng)軸707和短軸708的尺寸分別為30um和1.5um。磁性薄膜701的磁化方向垂直于TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片的感應(yīng)方向、平行于磁隧道電阻結(jié)MTJ601的長(zhǎng)軸方向。磁性薄膜701產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向平行于磁隧道電阻結(jié)MTJ601的長(zhǎng)軸方向即其易磁化軸方向，用于減小其磁滯。隧道勢(shì)壘層703通常由MgO或Al2O3構(gòu)成，并構(gòu)成了磁隧道電阻結(jié)MTJ601的絕大多數(shù)電阻。反鐵磁層705和被釘扎層704的交換耦合作用決定了被釘扎層704的磁化方向，本實(shí)施例中，被釘扎層704的磁化方向平行于短軸708的方向。磁性自由層702的磁化方向受外界磁場(chǎng)的影響，在沒有外加磁場(chǎng)時(shí)，磁性自由層702的磁化方向平行于磁性薄膜701的磁化方向706 ;當(dāng)有紙幣靠近芯片時(shí)，在紙幣以及驗(yàn)鈔磁頭中的背磁體的作用下，磁性自由層702的磁化方向?qū)l(fā)生變化,根據(jù)隧穿效應(yīng),磁隧道電阻結(jié)MTJ601的電阻也隨之變化，再經(jīng)過信號(hào)轉(zhuǎn)化，即可實(shí)現(xiàn)紙幣的檢測(cè)。圖7中的磁性薄膜701可以用交換作用層代替，由此構(gòu)成的MTJ元件如圖8所示，由該方法組成的磁 電阻單元結(jié)構(gòu)與圖6中磁電阻單元111的相同。磁隧道電阻結(jié)MTJ810由交換作用層800、磁性自由層803、隧道勢(shì)壘層804、被釘扎層805、反鐵磁層806構(gòu)成，其中交換作用層800由反鐵磁層801和與反鐵磁層801弱耦合的鐵磁層802構(gòu)成，鐵磁層802位于磁性自由層803和反鐵磁層801中間。磁隧道電阻結(jié)MTJ810的長(zhǎng)軸和短軸的長(zhǎng)度之比大于3，本實(shí)施例中長(zhǎng)軸807和短軸808的尺寸分別為30um和1.5um。在與反鐵磁層801的交換稱合作用下，鐵磁層802的磁化方向垂直于TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片的感應(yīng)方向、平行于磁隧道電阻結(jié)MTJ810的長(zhǎng)軸方向，以減小磁滯。磁性自由層803的磁化方向受外界磁場(chǎng)的影響，在沒有外加磁場(chǎng)時(shí)，磁性自由層803的磁化方向平行于鐵磁層802的磁化方向809 ;當(dāng)有紙幣靠近芯片時(shí)，在紙幣以及驗(yàn)鈔磁頭中的背磁體的作用下，磁性自由層803的磁化方向?qū)l(fā)生變化，根據(jù)隧穿效應(yīng)，磁隧道電阻結(jié)MTJ810的電阻也隨之變化，再經(jīng)過信號(hào)轉(zhuǎn)化，即可實(shí)現(xiàn)紙幣的檢測(cè)。圖9是一個(gè)磁電阻串的截面圖，顯示了磁隧道電阻結(jié)MTJ901之間的連接方式。下電極902位于基片904上方，與磁隧道電阻結(jié)MTJ901的底部電連接，上電極903與磁隧道電阻結(jié)MTJ901的頂部電連接。上電極和下電極沿著半橋梯度傳感器芯片的感應(yīng)方向的方向交替排列，并由此實(shí)現(xiàn)磁電阻串中磁隧道電阻結(jié)MTJ901之間的電氣互連。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均·應(yīng)包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種用于驗(yàn)鈔機(jī)磁頭的TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片,其感應(yīng)方向與其表面平行，且其表面與背偏置磁體在傳感器芯片處產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向垂直，該TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片安裝在背偏置磁體上方，其特征在于: 所述傳感器芯片包括集成在TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片上的磁偏置結(jié)構(gòu)、半橋電路以及輸入輸出接線端； 所述輸入輸出接線端包括分別設(shè)置在半橋電路上的電源輸入端、半橋輸出端和接地端，所述電源輸入端、所述半橋輸出端以及所述接地端分別至少包括一個(gè)引線鍵合焊盤；所述半橋電路包括 兩個(gè)橋臂，每個(gè)所 述橋臂由一個(gè)磁電阻單元構(gòu)成或由兩個(gè)以上的磁電阻單元并聯(lián)而成； 每個(gè)所述磁電阻單元由一個(gè)磁電阻串構(gòu)成或由兩個(gè)以上的磁電阻串串聯(lián)而成， 每個(gè)所述磁電阻串至少包括一個(gè)磁隧道電阻結(jié)MTJ ； 所述磁偏置結(jié)構(gòu)為半橋電路中的磁隧道電阻結(jié)MTJ提供偏置以使半橋電路工作在線性區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片，其特征在于，所述兩個(gè)橋臂沿著所述TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片的感應(yīng)方向排列，所述兩個(gè)橋臂的感應(yīng)方向與所述TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片的感應(yīng)方向相同，所述兩個(gè)橋臂之間的中心距為50-1000 um。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片，其特征在于，所述磁電阻單元沿著垂直于所述TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片的感應(yīng)方向排列，兩個(gè)相鄰磁電阻單元之間的中心距為200-800 um。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片，其特征在于，所述磁電阻串沿著垂直于所述TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片的感應(yīng)方向排列，兩個(gè)相鄰磁電阻串之間的中心距為20-100 um。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片，其特征在于，所述磁隧道電阻結(jié)MTJ沿著所述TMR半橋梯度傳感器芯片的感應(yīng)方向排列，兩個(gè)相鄰磁隧道電阻結(jié)MTJ之間的中心距為1-20 um。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片，其特征在于，所述磁隧道電阻結(jié)MTJ的俯視形狀呈橢圓形，其長(zhǎng)、短軸長(zhǎng)度之比大于3，且所述磁隧道電阻結(jié)MTJ的短軸平行于所述TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片的感應(yīng)方向。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片，其特征在于，在沒有外加磁場(chǎng)時(shí)，所述磁隧道電阻結(jié)MTJ中自由層的磁矩方向在所述磁偏置結(jié)構(gòu)的作用下，指向該自由層的易磁化軸方向。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片，其特征在于，所述集成在芯片上的磁偏置結(jié)構(gòu)是塊狀或?qū)訝畹慕Y(jié)構(gòu)，所用材料可以是由Cr，Co, Pt，Pd，Ni或Fe組成的合金。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片，其特征在于，所述磁偏置結(jié)構(gòu)由兩個(gè)相鄰磁電阻串之間的集成在芯片上的永磁體構(gòu)成，并且所述永磁體的磁化方向垂直于所述TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片的感應(yīng)方向。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片，其特征在于，所述磁偏置結(jié)構(gòu)由沉積在所述磁隧道電阻結(jié)MTJ上的磁性薄膜構(gòu)成，并且所述磁性薄膜的磁化方向垂直于所述TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片的感應(yīng)方向。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片，其特征在于，所述磁偏置結(jié)構(gòu)由沉積在所述磁隧道電阻結(jié)MTJ上的交換作用層構(gòu)成，所述交換作用層包括反鐵磁層和與所述反鐵磁層弱耦合的鐵磁層，并且所述鐵磁層的磁化方向垂直于所述TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片的感應(yīng)方向。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片，其特征在于，所述輸入輸出接線端中的每一接線端均有兩個(gè)引線鍵合焊盤，所述兩個(gè)引線鍵合焊盤位于所述TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片的兩端，多個(gè)芯片通過引線鍵合焊盤互連，構(gòu)成傳感器芯片組合，構(gòu)成的傳感器芯片組合的感應(yīng)區(qū)域面積大于單一 TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片的感應(yīng)區(qū)域面積。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片，其特征在于，所述引線鍵合焊盤的長(zhǎng)度為15-2000um，寬度為15-1000 um。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片，其特征在于，所述TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片上的各元件之間用電連接導(dǎo)體連接，所述電連接導(dǎo)體的寬度不小于10um。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片，其特征在于，所述TMR半橋磁場(chǎng) 梯度傳感器芯片的長(zhǎng)度為500-3000um，寬度為200-1500um。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種用于驗(yàn)鈔機(jī)磁頭的TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片，其感應(yīng)方向與其表面平行，且其表面與背偏置磁體在傳感器芯片處產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向垂直，該TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片安裝在背偏置磁體上方，所述傳感器芯片包括集成在TMR半橋磁場(chǎng)梯度傳感器芯片上的磁偏置結(jié)構(gòu)、半橋電路以及輸入輸出接線端；所述輸入輸出接線端包括分別設(shè)置在半橋電路上的電源輸入端、半橋輸出端和接地端；所述半橋電路包括兩個(gè)橋臂；所述磁偏置結(jié)構(gòu)為半橋電路中的磁隧道電阻結(jié)MTJ提供偏置以使半橋電路工作在線性區(qū)。本實(shí)用新型構(gòu)成的驗(yàn)鈔機(jī)磁頭，具有以下優(yōu)點(diǎn)可制造性強(qiáng)、靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)、成本低。
文檔編號(hào)G01R33/022GK203133257SQ20132012196
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月18日
發(fā)明者劉明峰, 白建民, 諸敏, 沈衛(wèi)鋒 申請(qǐng)人:江蘇多維科技有限公司