[发明专利]一种具有磁闭环调制效应的磁传感材料堆层结构及其制备方法

说明书

一种具有磁闭环调制效应的磁传感材料堆层结构及其制备方法，该磁传感材料堆层结构包括：基底；设置于基底上的磁阻传感层；设置于磁阻传感层上的第一连接电极层；设置于第一连接电极层上的绝缘层；设置于绝缘层上的磁电复合层，磁电复合层包括位于绝缘层上的铁磁金属层和位于铁磁金属层上的压电层；设置于磁电复合层上的第二连接电极层。本发明的磁传感材料堆层结构，采用磁电薄膜作为传感器的磁场反馈部分，磁电薄膜将电压转化为内部磁场的变化，从而可以在磁场传感器内部形成闭环结构，有利于降低磁场传感器的重量和体积，同时配合作为磁场的探测部分的磁阻传感层，磁场传感器可以获得高的灵敏度以及大的线性范围，且实现了低功耗。

技术领域

本发明属于磁场探测技术领域，尤指涉及一种具有磁闭环调制效应的磁传感材料堆层结构及其制备方法。

背景技术

随着智能电网、物联网等技术的发展，不管是人们的日常生活，还是工业生产，对磁场传感器的需求量都越来越高，比如汽车领域、电力传感领域都有大量的磁场传感器的需求。由于这些新兴的应用环境越来越复杂，高精度、可集成化、低功耗化成为磁场传感器的发展方向。目前精度最高的可集成的传感器技术为磁阻传感器技术，尤其是TMR技术。相较于传统的霍尔芯片，TMR技术可以提供两个以上量级的灵敏度提升，因此，最近二十年来，磁阻传感技术得到了飞速的发展，并且得到了越来越多的应用。

由于TMR技术中的磁性材料在大磁场下会发生饱和现象，因此难以在单一芯片中获得大探测范围和高灵敏度。目前的TMR技术应用时一般采用闭合反馈的方式，采用反馈线圈，将芯片一次输出的信号放大并转化为反向磁场后再加载回芯片两端，使芯片始终工作在零磁场附近，以此来同时获得较大的探测范围和探测精度。但是由于闭合反馈技术需要使用磁铁和线圈，因此反馈式闭环传感器往往存在体积大、重量重、功耗高的缺点，难以满足很多需要微型化器件领域的应用需求。虽然目前已经出现一些集成线圈式的解决方案，器件体积大的问题在一定程度上得到了改善，但是功耗高的问题仍没有得到有效的解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有磁闭环调制效应的磁传感材料堆层结构及其制备方法，该磁传感材料堆层结构可用于磁场传感器中，有助于解决现有磁场传感器存在的体积大、功耗高的问题。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：

一种具有磁闭环调制效应的磁传感材料堆层结构，包括：基底；设置于所述基底上的磁阻传感层；设置于所述磁阻传感层上的第一连接电极层；设置于所述第一连接电极层上的绝缘层；设置于所述绝缘层上的磁电复合层，所述磁电复合层包括位于所述绝缘层上的铁磁金属层和位于所述铁磁金属层上的压电层；设置于所述磁电复合层上的第二连接电极层。

进一步的，所述磁阻传感层为磁阻薄膜。

更具体的，所述磁阻传感层为AMR单元或GMR单元或TMR单元或GMI单元。

进一步的，所述铁磁金属层的磁致伸缩系数≥50ppm，且初始磁导率≥5000。

更具体的，所述铁磁金属为FeGaB或FeCoB或CoFeB或FeCoBSi。

新一步的，所述压电层材料的电致伸缩系数≥500ppm。

更具体的，所述铁电材料为PZT或PZN或PMN或PZN-PT或PMN-PT或AlN或HfO₂。

进一步的，所述铁磁金属层与所述磁阻传感层之间的距离为15nm～100nm。

进一步的，所述第一连接电极层上设置有所述磁阻传感层的输入端和输出端，所述输入端用于和外部电流源相连，所述输出端用于连接外部的放大电路；所述第二连接电极层和所述铁磁金属层上设置有所述压电层的电压加载端，所述电压加载端与外部放大电路的输出端相连。

本发明还提供了一种具有磁闭环调制效应的磁传感材料堆层结构的制备方法，包括以下步骤：