一種單芯片具有校準(zhǔn)線圈/重置線圈的高強(qiáng)度磁場x軸線性磁電阻傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及磁性傳感器領(lǐng)域，特別涉及一種單芯片具有校準(zhǔn)線圈/重置線圈的高強(qiáng)度磁場X軸線性磁電阻傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]娃磁傳感器主要包括Hall磁傳感器、AMR磁傳感器、GMR磁傳感器。Hall磁傳感器通過在襯底上沉積半導(dǎo)體薄膜如碲化銦，通過外磁場對(duì)于載流子的路徑的偏轉(zhuǎn)來獲得不同的阻值，其優(yōu)點(diǎn)在于，Hall磁電阻傳感器所能測量的磁場范圍較寬，其缺點(diǎn)在于，磁場靈敏度較低，通常需要引入通量集中器來對(duì)外磁場進(jìn)行放大。AMR磁傳感器在襯底上沉積單層磁性薄膜，通過外磁場改變磁性薄膜的磁矩方向，從而改變其兩端的電阻，其傳感單元和電極均制備成斜條狀，以使得電流方向和磁場方向成一定夾角，從而能夠?qū)Υ艌龇较蜻M(jìn)行辨別，其優(yōu)點(diǎn)在于，傳感器單元簡單，只有一層薄膜，其缺點(diǎn)在于，傳感器磁場變化率較低，靈敏度差。GMR多層薄膜磁傳感器是通過磁性薄膜和導(dǎo)電薄膜構(gòu)成納米多層薄膜結(jié)構(gòu)形成的磁電阻傳感器，通過改變磁性薄膜層的磁化方向，通過磁場對(duì)載流子在通過多層薄膜時(shí)對(duì)磁性載流子路徑的改變來改變電阻，其磁電阻變化率相對(duì)于AMR傳感器得到進(jìn)一步的提高。
[0003]與以上技術(shù)相比，TMR磁性多層薄膜傳感器，通過引入?yún)⒖即判詫?、釘扎層、非金屬隔離層以及磁性自由層，通過外磁場來控制自由層的磁化方向，從而改變磁性自由層的兩種自旋電子的相對(duì)比率，使得從參考自由層隧穿進(jìn)入磁性自由層的電流變化，導(dǎo)致傳感器的電阻發(fā)生變化，其磁電阻變化率可以達(dá)到200%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于Hall，AMR以及GMR類型的磁電阻傳感器。
[0004]目前，硅磁三軸線性磁電阻傳感器在消費(fèi)電子產(chǎn)品如手機(jī)、平板電腦等電子產(chǎn)品中得到廣泛的應(yīng)用，三軸線性磁電阻傳感器包括X軸線性磁電阻傳感器、Y軸線性磁電阻傳感器、Z軸線性磁電阻傳感器，但目前為止，這些傳感器主要以Hall、AMR或者GMR為主。
[0005]因此，為了拓展TMR磁電阻傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域和范圍，本發(fā)明提出了一種單芯片具有校準(zhǔn)線圈/重置線圈的高強(qiáng)度磁場X軸線性磁電阻傳感器，其具有優(yōu)良的線性范圍和磁場靈敏度，完全可以取代目前的Hall、AMR或者GMR類型的X軸線性磁電阻傳感器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提出了一種單芯片具有校準(zhǔn)線圈/重置線圈的高強(qiáng)度磁場X軸線性磁電阻傳感器，在芯片上引入校準(zhǔn)線圈/重置線圈，通過在校準(zhǔn)線圈中通過適當(dāng)電流，在敏感磁電阻單元串和參考磁電阻單元串所在位置分別沿X方向產(chǎn)生校準(zhǔn)磁場，并且實(shí)現(xiàn)通過校準(zhǔn)電流的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)磁場大小的精確調(diào)節(jié)，由于校準(zhǔn)線圈位于所述X軸傳感器芯片上，因此測量時(shí)只需要通過探針即可以施加電流的方式進(jìn)行測量，從而提高了測量的效率，并且保證了測量的精度。
[0007]同樣，當(dāng)X軸磁電阻傳感器受外磁場作用發(fā)生不可逆的磁化狀態(tài)改變時(shí)，可以在重置線圈中通入電流，在所有磁電阻傳感單元處產(chǎn)生沿自由層起始磁化方向的外磁場，從而對(duì)自由層磁化狀態(tài)進(jìn)行恢復(fù)，消除由于磁場作用歷史對(duì)軟磁薄膜磁化狀態(tài)的影響。
[0008]本發(fā)明所提出的一種單芯片具有校準(zhǔn)線圈/重置線圈的高強(qiáng)度磁場X軸線性磁電阻傳感器，其特征在于，包括高強(qiáng)度磁場單芯片參考橋式X軸磁電阻傳感器、校準(zhǔn)線圈和/或重置線圈；
[0009]所述高強(qiáng)度磁場單芯片參考橋式X軸磁電阻傳感器包括位于襯底之上交錯(cuò)排列的參考磁電阻傳感單元串和敏感磁電阻傳感單元串，以及長條形軟磁通量引導(dǎo)器，所述軟磁通量引導(dǎo)器包括屏蔽器和衰減器，所述參考磁電阻傳感單元串和敏感磁電阻傳感單元串分別位于所述屏蔽器和所述衰減器表面的Y軸中心位置，所述參考磁電阻傳感單元串和敏感磁電阻傳感單元串電連接成參考橋式結(jié)構(gòu)，敏感方向?yàn)閄方向；
[0010]所述校準(zhǔn)線圈為平面線圈，包括平行且串聯(lián)連接的分別對(duì)應(yīng)于所述參考磁電阻傳感單元串和敏感磁電阻傳感單元串的參考直導(dǎo)線和敏感直導(dǎo)線，所述兩組直導(dǎo)線分別在所述參考磁電阻傳感單元串和敏感磁電阻傳感單元串位置處沿磁電阻傳感單元敏感方向產(chǎn)生敏感校準(zhǔn)磁場和參考校準(zhǔn)磁場；
[0011]所述重置線圈包括多個(gè)垂直于所述敏感磁電阻傳感單元串和參考磁電阻傳感單元串的重置直導(dǎo)線，并在所有磁電阻傳感單元串處沿垂直于敏感方向產(chǎn)生相同重置磁場；
[0012]校準(zhǔn)時(shí)，所述校準(zhǔn)線圈中通過校準(zhǔn)電流，在所述敏感磁電阻傳感單元串和參考磁電阻傳感單元串處分別產(chǎn)生X向敏感校準(zhǔn)磁場和參考校準(zhǔn)磁場，通過測量所述X軸磁電阻傳感器的輸出信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)功能；重置時(shí)，在所述重置線圈中通過重置電流，在所述每個(gè)磁電阻傳感單元處沿Y向產(chǎn)生重置磁場，從而實(shí)現(xiàn)磁電阻傳感單元的磁狀態(tài)恢復(fù)。
[0013]所述校準(zhǔn)線圈的敏感直導(dǎo)線為長條形，寬度為Lxl，其相對(duì)于所述衰減器的Y軸中心線對(duì)稱；所述校準(zhǔn)線圈的每一段參考直導(dǎo)線包括兩個(gè)并聯(lián)連接的子直導(dǎo)線，所述子直導(dǎo)線為長條形，寬度為Lx2，所述兩個(gè)子直導(dǎo)線對(duì)稱分布于所述參考磁電阻傳感單元串的兩偵牝且Lx2小于Lxl，所述參考直導(dǎo)線和所述敏感直導(dǎo)線串聯(lián)連接。
[0014]優(yōu)選地，所述校準(zhǔn)線圈的敏感直導(dǎo)線為長條形，寬度為Lxl，其相對(duì)于所述衰減器的Y軸中心線對(duì)稱；所述校準(zhǔn)線圈的參考直導(dǎo)線為長條形，寬度為Lx2，其相對(duì)于所述屏蔽器的Y軸中心線對(duì)稱，且Lxl小于Lx2，所述參考直導(dǎo)線和所述敏感直導(dǎo)線串聯(lián)連接。
[0015]優(yōu)選地，所述校準(zhǔn)線圈的參考直導(dǎo)線和敏感直導(dǎo)線都位于相鄰所述屏蔽器和衰減器之間的間隙處，其中，所述參考直導(dǎo)線位于靠近所述屏蔽器的一側(cè)，所述敏感直導(dǎo)線位于靠近所述衰減器的一側(cè)，所述敏感直導(dǎo)線和所述參考直導(dǎo)線均為長條形，寬度分別為Lxl和Lx2，其中Lxl小于Lx2，所述參考直導(dǎo)線和所述敏感直導(dǎo)線串聯(lián)連接。
[0016]所述校準(zhǔn)線圈在所述敏感磁電阻傳感單元串和所述參考磁電阻傳感單元串處沿敏感方向產(chǎn)生的磁場比率接近或超過所述X外磁場在所述敏感磁電阻傳感單元串和所述參考磁電阻傳感單元串處的沿敏感方向的磁場比率。
[0017]所述校準(zhǔn)線圈位于所述襯底之上、磁電阻傳感單元之下，或者位于所述磁電阻傳感單元和所述軟磁通量引導(dǎo)器之間，或者位于所述軟磁通量引導(dǎo)器之上。
[0018]優(yōu)選地，所述校準(zhǔn)線圈位于所述襯底之上、所述磁電阻傳感單元之下，或者位于所述磁電阻傳感單元和所述軟磁通量引導(dǎo)器之間，或者位于所述磁電阻傳感單元之上且處于所述軟磁通量引導(dǎo)器的屏蔽器和衰減器之間的間隙處。
[0019]所述重置線圈為平面重置線圈，所述重置直導(dǎo)線位于所述磁電阻傳感單元陣列的沿X方向排列的磁電阻傳感單元串的正上方或者正下方。
[0020]所述重置線圈為三維重置線圈，包含垂直于所述Y軸中心線的頂層直導(dǎo)線和底層直導(dǎo)線，所述頂層直導(dǎo)線和底層直導(dǎo)線串聯(lián)形成三維線圈，所述三維線圈纏繞所述軟磁通量引導(dǎo)器以及所述磁電阻傳感單元，所述頂層直導(dǎo)線和底層直導(dǎo)線分別位于所述軟磁通量引導(dǎo)器和磁電阻傳感單元的表面，所述頂層直導(dǎo)線和底層直導(dǎo)線在所述表面上各自具有相同排列間隔。
[0021]所述平面重置線圈可以位于所述襯底之上、磁電阻傳感單元之下，或者位于磁電阻傳感單元和軟磁通量引導(dǎo)器之間，或者位于軟磁通量引導(dǎo)器之上。
[0022]所述重置線圈和校準(zhǔn)線圈為高導(dǎo)電率材料，如Cu、Au或Ag。
[0023]所述重置線圈和/或校準(zhǔn)線圈與所述高強(qiáng)度磁場單芯片參考橋式X軸磁電阻傳感器之間采用絕緣材料隔離，所述絕緣材料為Si02、A1203、Si3N4、聚酰亞胺或光刻膠。
[0024]所述校準(zhǔn)線圈包含一個(gè)正的端口和一個(gè)負(fù)的端口，所述兩個(gè)端口通過電流時(shí)，其所產(chǎn)生校準(zhǔn)磁場幅度范圍在所述磁電阻傳感單元的線性工作區(qū)域內(nèi)。
[0025]所述校準(zhǔn)電流可以設(shè)定為一個(gè)電流值，或者多個(gè)電流值。
[0026]所述重置線圈包含兩個(gè)端口，當(dāng)兩端口通過電流時(shí)，其所產(chǎn)生的重置磁場大小為高于所述磁電阻傳感單元的飽和磁場值。
[0027]所述重置電流可以為脈沖電流或直流電流。
【附圖說明】
[0028]圖1為高強(qiáng)度磁場單芯片參考橋式X軸磁電阻傳感器結(jié)構(gòu)圖一。
[0029]圖2為高強(qiáng)度磁場單芯片參考橋式X軸磁電阻傳感器結(jié)構(gòu)圖二。
[0030]圖3