[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

说明书

一种可重构敏感方向的TMR磁场传感器及制备方法，包括压电衬底材料、电极层和TMR敏感材料；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、连接电极和调节电极；MTJ阵列由M×N个间隔设置的MTJ单元组成；连接电极用于串联MTJ阵列中位于同一排的两个相邻的MTJ单元；调节电极从连接电极引出。本发明通过将MTJ阵列型TMR磁场传感器集成在压电衬底上，实现了电场作用下对于TMR磁场传感器磁敏感方向的偏转。与传统三维TMR磁传感器相比，本发明的可重构磁传感器具有较高的局域磁场特性，即可在较小尺寸的TMR传感器基础上同时实现空间内的均匀磁场强度测量及较某一位置的磁场方向测定。

技术领域

本发明属于磁传感器技术领域，特别涉及一种可重构敏感方向的TMR磁场传感器及制备方法。

背景技术

磁传感器是一种可以探测磁场的方向、强度以及位置的传感器，在许多领域已得到了广泛使用。TMR(Tunnel Magnetoresistance，隧道磁电阻)型传感器是磁传感器的一种，由于具有偏移低，灵敏度高和温度性能好的优点，近年来逐渐在工业领域得到应用。TMR传感器的磁电阻会随外加磁场的大小、方向的变化而变化，其灵敏度优于霍尔效应传感器、AMR型传感器以及GMR型传感器，而且具备更好的温度稳定性和更低的功耗，加上TMR型传感器的加工工艺可以很方便地和现有半导体工艺结合，因此具有更多的应用前景。

MTJ(magnetic tunnel junction，磁隧道结)单元是TMR传感器的主要结构单元，MTJ单元会随着外加磁场变化而发生的巨大的电阻变化效应，是TMR传感器的工作核心来源。由于单个MTJ单元的击穿电压较低，TMR传感器中会采用串联多个MTJ单元的方式来增加整体的击穿电压，这样同时还能提高器件的信噪比。TMR传感器一般是由2个或4个TMR传感单元组成的桥式电路构成，在实际生产中，由于MTJ阵列中的一个或多个MTJ单元偶有短路导通现象，从而导致TMR传感单元之间存在阻值的偏差，阻值差通常为单个MTJ单元阻值的整数倍，增加了后期传感器电路调零的操作难度。

在传统的TMR传感器的设计制造中，TMR传感器只有单一灵敏度方向，无法测试三位空间的磁场分布。在实际工程应用场景中，为了表征磁场的空间分布，一般采用在一个单独的小型封装模块中即成三个相互正交的TMR传感器，用于X/Y/Z三维的磁场测量。但是传统的三维TMR磁传感器由于三个传感器元件之间的距离较大，无法准确测定同一位置的磁场方向，只能精确测量空间内的均匀磁场大小。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可重构敏感方向的TMR磁场传感器及制备方法，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种可重构敏感方向的TMR磁场传感器，包括压电衬底材料、电极层和TMR敏感材料；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、连接电极和调节电极；MTJ阵列由M×N个间隔设置的MTJ单元组成；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。

进一步的，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。

进一步的，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。

进一步的，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。