[发明专利]一种长度伸缩谐振型磁传感器

说明书

本发明公开一种长度伸缩谐振型磁传感器，属于磁传感器技术领域，包括第一引出电极，第二引出电极，以及自下而上依次设置的基座、下磁敏薄膜、下电极层、压电薄膜层、上电极层和上磁敏薄膜；压电薄膜层包括中间镂空的绝缘结构，位于绝缘结构镂空区域的长度伸缩型压电薄膜结构，以及两个用于固定的支撑梁；基座上表面设有空腔，下磁敏薄膜和下电极层位于空腔内部对应压电薄膜结构位置；上电极层与第一引出电极相连，下电极层贯穿绝缘结构与第二引出电极相连。本发明中下磁敏薄膜和上磁敏薄膜均可与待测磁场充分接触，同时利用压电薄膜结构的长度伸缩特性，保证ΔE效应的充分转换，提高磁传感器的相对灵敏度。

技术领域

本发明属于磁传感器技术领域，具体涉及一种长度伸缩谐振型磁传感器。

背景技术

目前，磁传感器被广泛应用于各个领域，如生物医学检测、汽车工业、智能家居等，但现有的磁传感器在实现超低磁场的高灵敏度检测上存在一定挑战。由于磁场变化可引起磁敏薄膜的弹性模量E发生变化，即ΔE效应，而弹性模量E又与谐振频率息息相关，所以跟踪谐振频率可以获得外界磁场大小的变化，为实现高灵敏度的谐振型传感器提出了一种有效途径。因此近年来基于ΔE效应的谐振型传感器备受关注。

基于ΔE效应的谐振型传感器通常由磁敏薄膜与压电谐振器复合而成，利用了磁敏薄膜的ΔE效应和压电薄膜的谐振特性，从而达到磁场检测的目的。磁场探测极限与传感器的相对灵敏度和品质因数密切相关，但现有的基于ΔE效应的谐振型传感器由于几何结构设计的不合理以及ΔE效应转换效率低下，仍无法突破femto-Tesla (fT)级别的超低磁场检测。因此，有必要提出一种磁传感器以解决上述问题。

发明内容

本发明目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种长度伸缩谐振型磁传感器，可显著提高磁传感器的相对灵敏度和品质因数，从而实现超低磁场的高灵敏度检测，且体积小、成本低、功耗低。

本发明所采用的技术方案如下：

一种长度伸缩谐振型磁传感器，其特征在于，包括第一引出电极，第二引出电极，以及自下而上依次设置的基座、下磁敏薄膜、下电极层、压电薄膜层、上电极层和上磁敏薄膜；所述压电薄膜层包括中间镂空的绝缘结构，位于绝缘结构镂空区域的压电薄膜结构，以及两个用于固定压电薄膜结构和绝缘结构的支撑梁，所述压电薄膜结构的谐振态为长度伸缩型，振动方向与下磁敏薄膜和上磁敏薄膜的硬轴方向一致；所述基座上表面设有空腔，下磁敏薄膜和下电极层位于空腔内部对应压电薄膜结构位置；所述上电极层与第一引出电极相连，下电极层贯穿绝缘结构与第二引出电极相连。

进一步地，所述支撑梁对应于压电薄膜结构的零位移位置，即长度中心处。

进一步地，所述绝缘结构与基座贴合。

进一步地，所述第一引出电极和第二引出电极设置于绝缘结构上表面，并分别位于上电极层两侧。

进一步地，所述下磁敏薄膜、下电极层、压电薄膜结构、上电极层和上磁敏薄膜的长宽尺寸相同，并且长度远大于宽度和厚度；优选地，长度大于宽度的10倍，大于厚度的1000倍。

进一步地，所述下磁敏薄膜和上磁敏薄膜的厚度相同。

进一步地，所述压电薄膜层的厚度为400~800 nm，下磁敏薄膜和上磁敏薄膜的厚度为200~400 nm。

进一步地，所述下磁敏薄膜和上磁敏薄膜的材料为具有ΔE效应的磁敏材料，例如FeGaB、FeGa以及由FeSiB和FeCoMo合成的各种非晶态合金。

进一步地，所述压电薄膜结构材料为具有压电效应的材料，例如压电陶瓷PZT（锆钛酸铅）、AlN、压电单晶PMN-PT（铌镁酸铅-钛酸铅）等。