[发明专利]一种可重构敏感方向的TMR磁场传感器及制备方法

权利要求书

1.一种可重构敏感方向的TMR磁场传感器，其特征在于，包括压电衬底材料(1)、电极层(2)和TMR敏感材料(3)；电极层生长在压电衬底材料背面，TMR敏感材料设置在压电衬底材料正面；

TMR敏感材料包括MTJ阵列、连接电极(4)和调节电极(5)；MTJ阵列由M×N个间隔设置的MTJ单元(6)组成；连接电极用于串联MTJ阵列中相邻的两个相邻的MTJ单元；调节电极从连接电极引出；

连接电极包括单连接电极，一个MTJ阵列中具有两个单连接电极，单连接电极连接于串联在一起的MTJ单元中的第一个MTJ单元和最后一个MTJ单元上；除了单连接电极外，每个连接电极均与两个MTJ单元相连，单连接电极只与一个MTJ单元相连；

调节电极包括微调电极和粗调电极，微调电极从MTJ阵列中的第1排和/或第M排的MTJ单元间的连接电极引出，粗调电极从连接相邻排MTJ单元的连接电极引出。

2.根据权利要求1所述的一种可重构敏感方向的TMR磁场传感器，其特征在于，MTJ单元包括两个串联的MTJ结构，两个MTJ结构通过底电极串联。

3.根据权利要求1所述的一种可重构敏感方向的TMR磁场传感器，其特征在于，相邻排的MTJ单元串联时，一排MTJ单元在该排的第1个MTJ单元处或最后一个MTJ单元处通过连接电极与其后一排MTJ单元的第1个MTJ单元或最后一个MTJ单元相连，每一个MTJ单元上连接有两个连接电极。

4.根据权利要求2所述的一种可重构敏感方向的TMR磁场传感器，其特征在于，MTJ结构为形成于绝缘基底上的多层膜结构，MTJ结构从下往上依次是缓冲层、自由层、势垒层、钉扎层和覆盖层；缓冲层为三层结构，从下往上依次为Ta层、Ru层和Ta层；自由层由铁或镍或钴或镍铁合金或钴铁合金或钴铁非金元素合金材料制成；势垒层由氧化镁或三氧化二铝制成；钉扎层由铁磁层CoFeB和反铁磁层IrMn构成，覆盖层包括黏附层Ta和隔离层Ru。

5.根据权利要求1所述的一种可重构敏感方向的TMR磁场传感器，其特征在于，压电衬底材料采用的是PMN-PT材料。

6.一种可重构敏感方向的TMR磁场传感器的制备方法，其特征在于，基于权利要求1至5任意一项所述的一种可重构敏感方向的TMR磁场传感器，包括以下步骤：

步骤1，提供一个[011]取向的PMN-PT压电基底，并对基底进行预处理；

步骤2，利用直流磁控溅射薄膜生长技术在基底背面生长电极层；

步骤3，在PMN-PT基底正面依次生长缓冲层、自由层、势垒层、钉扎层和覆盖层，形成多层膜结构，生长时，通过一个方向平行于PMN-PT[01-1]方向的外加磁场，诱导磁性材料的磁畴排列方向；

步骤4，在多层膜结构上通过掩膜和光刻技术匀胶并显影出想要的结构，形成相互独立的MTJ单元，采用等离子体刻蚀技术刻蚀并将残胶去掉后，得到MTJ阵列，此时，阵列中的MTJ单元之间无连接导通，每个MTJ单元均包括一对MTJ结构，MTJ结构通过底电极互相串联；

步骤5，在MTJ阵列上进行第二次光刻，然后在阵列结构上再次生长一层电极层，用于形成连接电极和调节电极，去胶剥离后，得到通过连接电极连接导通的MTJ阵列；

步骤6，根据传感器的电压需求，从调节电极中选择两个作为MTJ阵列的输出端和输出端与传感器的外围电路相连，连接完成后，从输入端输入电流，并检测输出电压，进行传感器测试；

步骤7，根据压电衬底的压电特性，对传感器上下表面施加电压，测试施加电压前后传感器对于不同方向磁场响应的灵敏度，进行传感器磁敏感方向的可重构性测试，测试合格后得到传感器成品。