[发明专利]磁性传感器设备和用于具有磁电阻结构的磁性传感器设备的方法

说明书

实施例涉及一种磁性传感器设备（700），其包括磁电阻结构（710）。该磁电阻结构（710）包括磁性自由层（770），其被配置成在该自由层（770）中自发地生成闭合通量磁化模式（775）。该磁电阻结构（710）还包括具有非闭合通量参考磁化模式（755）的磁性参考层（750）。该磁性传感器设备（700）还包括被配置成在磁性自由层（770）中生成偏置场的磁性偏置结构（780），该偏置场具有垂直于参考磁化模式（755）的非零磁性偏置场分量。

技术领域

示例涉及磁性传感器设备和用于具有磁电阻结构的磁性传感器设备的方法。

背景技术

磁电阻效应包括许多不同的物理现象，所有这些物理现象的共同之处是电阻元件的电阻可由于穿过该电阻元件的磁场的行为而改变。利用磁电阻效应的技术有时被称为“xMR技术”，这里通过“x”来指示可以在这里论述的众多效应，仅论及几个示例比如巨磁电阻（GMR）效应、隧道磁电阻（TMR）效应或各向异性磁电阻（AMR）效应。可以在各种各样的基于场的传感器（例如用于测量旋转、角度等等的传感器）中应用xMR效应。在某些应用中，尤其在与安全有关的应用中，需要这些传感器可靠地且以高准确性水平来操作。

在某些应用中，传感器可能经受以未知或不可计算的磁场形式的扰动。这些扰动可能随机改变传感器的状态或初始值。因为传感器的磁滞行为可能导致测得的值是否接近高于或低于该测得的值的初始值的实质性差异，所以磁滞可能导致测量结果中的误差。旋涡（vortex）配置中具有自由层的磁性xMR传感器概念可能具有几乎为零的磁滞。换言之，可以在自由层中存在旋涡形磁化状态（磁场）的情况下实现低的磁滞，并且在诸如轮速感测、电流感测或线性场感测之类的应用中尤其对低的磁滞感兴趣。然而，旋涡形磁化状态可能仅在关于要被测量的所施加的场的场强的某一范围中稳定。

因此，期望提供一种实现测量结果的改进准确性和可靠性的传感器元件。

发明内容

一个示例涉及一种包括磁电阻结构的磁性传感器设备。该磁电阻结构包括磁性自由层，其被配置成在该自由层中自发地生成闭合通量磁化模式（pattern）。该磁电阻结构还包括具有非闭合通量参考磁化模式的磁性参考层。该磁性传感器设备还包括被配置成在磁性自由层中生成偏置场的磁性偏置结构。该偏置场具有垂直于参考磁化模式的非零磁性偏置场分量。可以例如通过交替的磁性层和非磁性层来形成磁电阻结构。在此上下文中术语“磁性”和“非磁性”可以被理解为“铁磁性”和“非铁磁性”。“非磁性”层因此可以具有顺磁性、反磁性或反铁磁性性质。层本质上可以扩展到具有三个成对垂直方向x、y和z的笛卡尔坐标系的两个方向x和y中。换言之，与该层到第一和第二方向x和y中的扩展相比，该层到第三方向z中的扩展小到可以忽略不计。如果方向x对应于参考磁化的方向，则偏置场可以例如具有等于零的x分量，以及非零的y和z分量。闭合通量磁化模式还可以被称为涡旋态。自发生成的涡旋态可以例如在其产生之后或者在不施加外部场的情况下直接形成在自由层中。换言之非闭合通量参考磁化模式可以对应于具有零旋度和零发散的均匀的、直的或线性磁场。该实现可以拓宽在其中自发地生成涡旋态的要被测量的外部磁场值的范围。结果，其中磁滞消失的场范围可以被扩展，这进而可以增大可靠性。该场范围的上限和下限可以被称为成核（nucleation）场阈值。

在一些实施例中，磁性偏置结构被配置成生成平面内具有非零偏置场分量的偏置场。术语平面内可指的是主要在x-y平面内扩展的自由层。因此，换言之垂直于参考磁化模式的平面内分量可以对应于y分量。

在一些实施例中，磁性偏置结构被配置成生成作为定向固定的磁场的偏置场。这可以将外部磁场的涡旋成核场阈值提升到预定或固定值。

在一些实施例中，磁性偏置结构被配置成在垂直于参考磁化模式的磁性自由层中生成偏置场。换言之，偏置场的z分量也可以为零。扩展的涡旋形成范围的影响因此可以被增大或甚至最大化。