[实用新型]用于测量磁场的磁电阻传感器

说明书

技术领域

本发明涉及了一种磁电阻传感器，尤其为一种用于测量磁场的磁电阻传感器。

背景技术

磁性传感器广泛用于现代系统中以测量或感应磁场强度、电流、位置、运动、方向等物理参数。在现有技术中，有许多不同类型的传感器用于测量磁场和其他参数。但是，他们都受到了现有技术中的各种众所周知的限制，例如，尺寸过大，灵敏度低，动态范围窄，成本高，可靠性低以及其他因素。因此，持续地改进磁传感器，特别是改进易与半导体器件或集成电路整合的传感器及其制造方法是有必要的。

隧道结磁电阻传感器具有高灵敏度，尺寸小，成本低以及功耗低等优点。尽管MTJ传感器与半导体标准制造工艺相兼容，但是高灵敏度的MTJ传感器并没有实现低成本大规模生产。特别是传感器的成品率取决于MTJ元件磁阻输出的偏移值，构成电桥的MTJ的磁阻很难达到高的匹配度，同时正交磁场传感器在同一半导体基片上集成的制造工艺非常复杂。

可用于传感器的磁电阻元件的响应是由传感材料构成的多层膜的磁化方向的函数。为了获得磁感应通常需要一个外场对磁矩进行偏置使其工作在一个稳定灵敏的工作点上。这种偏置方式通常是采用外加线圈或者永磁体，这些设计从功耗、成本和大规模制造的角度来看是不可取的。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种用于测量磁场的磁电阻传感器，能够实现大规模生产，测量磁场的灵敏度更高，同时具备功耗低、尺寸小的特点。

本发明公开了一种用于测量磁场的磁电阻传感器，它包括：

基片，所述基片具有一“X-Y”表面，所述磁电阻传感器的敏感轴平行于Y轴，其中X轴垂直于Y轴；

至少一个感应臂，所述感应臂由磁电阻元件构成，所述磁电阻元件设置在基片的“X-Y”表面上，所述磁电阻元件沿Y轴方向的长度大于其沿X轴方向的长度；

多个设置在所述磁电阻传感器的基片上的条形永磁体，两两相邻的条形永磁体之间形成间隙磁场，该间隙磁场具有沿X轴和Y轴的分量；

焊盘，所述焊盘设置在感应臂的末端可通过其将感应臂相电连。

优选地，至少一个所述磁电阻元件被所述的间隙磁场在X轴方向饱和。

优选地，所述磁电阻传感器的磁电阻阻值随外场变化的响应曲线在所述磁电阻传感器的工作区间内具有高线性度、高斜率值、低磁滞。

   优选地，对条形永磁体充磁以调节该条形永磁体的磁化强度和方向以调节所述磁电阻传感器的输出性能。

优选地，所述磁电阻元件为MTJ元件或GMR元件。

优选地，该磁电阻传感器为桥式磁场传感器。

优选地，所述桥式磁场传感器为推挽全桥磁场传感器。

优选地，所述推挽全桥磁场传感器包括四个感应臂，在所述磁电阻传感器的工作区间内其中两个感应臂的磁电阻阻值随外场变化的响应曲线相对另外两个感应臂的磁电阻阻值随外场变化的响应曲线在相同的外场作用下具有相反的变化趋势。

优选地，所述推挽全桥磁场传感器包括两个传感器芯片，每个传感器芯片包括具有“X-Y”表面的基片和设置在基片的表面上的两个感应臂，其中一个传感器芯片为相对另一个传感器芯片旋转180度排布，两个传感器芯片由同一晶圆切割制成。

优选地，感应臂之间可通过引线连接焊盘实现电连。

优选地，所述桥式磁场传感器为参考全桥磁场传感器，该参考全桥磁场传感器包括感应臂和参考臂，每个参考臂由磁电阻元件构成。

优选地，所述的参考全桥磁场传感器包括两个感应臂和两个参考臂，在所述磁电阻传感器的工作区间内感应臂的磁电阻阻值随外场变化的响应曲线的斜率绝对值远大于参考臂的磁电阻阻值随外场变化的响应曲线的斜率绝对值。

优选地，所述的参考全桥磁场传感器包括一个传感器芯片，该传感器芯片上包括具有“X-Y”表面的基片和设置在基片的表面上的构成感应臂的磁电阻元件和构成参考臂的磁电阻元件。

优选地，构成所述参考臂的磁电阻元件沿X轴方向的长度大于其沿Y轴方向的长度，在X轴方向的长度大于构成所述感应臂的磁电阻元件在X轴方向的长度。

优选地，所述构成参考臂的磁电阻元件的表面覆盖有一层高磁导率的铁磁屏蔽层。

优选地，设置在参考臂附近的条形永磁体在其X轴方向的分量大于设置在传感臂附近的条形永磁体在其X轴方向的分量。

优选地，构成参考臂或感应臂的磁电阻元件上设置有一层或多层永磁偏置层。

优选地，构成参考臂的磁电阻元件上设置有一层或多层交换偏置层。