[发明专利]一种低噪声高灵敏度微型平面叠层磁感应式磁传感器

说明书

本发明公开了一种低噪声高灵敏度微型平面叠层磁感应式磁传感器，所述磁传感器自下而上依次为绝缘基底、底层磁性薄膜、组合线圈和顶层磁性薄膜；组合线圈和底层磁性薄膜以及顶层磁性薄膜之间均设有绝缘隔离层；底层磁性薄膜和顶层磁性薄膜为矩形的平面磁性薄膜或者表面条栅图案磁性薄膜；且底层磁性薄膜和顶层磁性薄膜中至少有一个为表面条栅图案磁性薄膜；组合线圈为双螺旋线圈结构，包括交替设置的激励线圈和感应线圈。本发明不仅削弱了表面条栅图案磁性薄膜长度方向的退磁效应，增强了表面条栅图案磁性薄膜长度方向的有效磁导率，还抑制了涡流噪声，从而实现低噪声高灵敏度的磁场检测。

技术领域

本发明涉及磁传感器技术领域，具体涉及一种低噪声高灵敏度微型平面叠层磁感应式磁传感器。

背景技术

磁传感器是指利用磁敏感元件感知与磁信号有关的物理量，并将其转化成电信号的传感器。被广泛应用在目标探测、流量监测、导航定位以及生物医学等领域。推进了大气科学、环境监测、资源开采、水下航行、疾病诊断的快速发展。

进入到智能感知时代，人工智能、新能源汽车、机器人、智能健康检测等新兴产业对高灵敏度的微型磁场传感器的需求越来越大，以实现微弱磁场检测。

目前，霍尔传感器灵敏度低；超导量子干涉效应传感器体积大，操作繁琐，成本高；各向异性磁阻传感器存在偏移、滞后等问题；磁通门传感器结构复杂，很难实现微型化。相反，平面叠层磁感应式磁传感器由平面线圈和磁性薄膜复合而成，依赖于磁性薄膜的有效磁导率随外磁场变化的磁特性，结构简单，易与微机电系统 (MEMS) 技术兼容，特别适合制备微型传感器。

但是，磁性材料一旦制成确定形状的平面薄膜，在其内部无法形成闭合的磁路，退磁效应导致磁性薄膜的有效磁导率远小于磁性材料标称的磁导率，使得传感器灵敏度的提升受到极大地限制。提高灵敏度的有效方法之一是补偿形状退磁，提高磁性薄膜的有效磁导率。

此外，对于利用磁敏感材料的磁传感器，磁性材料磁化时的磁噪声是传感器噪声的主要来源。而针对平面叠层磁感应式磁传感器，磁噪声主要由涡流引起。抑制涡流可以有效降低磁噪声。

现有技术，公开号为：CN 114899000 A公开的一种磁通门传感器铁芯及其制备方法，其中，铁芯由多层条形铁芯构成，单个条形铁芯的横截面积减小，使得单个铁芯的形状退磁效应减弱，提高了单个铁芯的有效磁导率。这样，在保证铁芯总有效横截面积不变的情况下，提高传感器的灵敏度。但是，多层条形铁芯至少需要7步微加工工艺，工艺复杂，成功率低，并不适合平面叠层微型磁传感器。公开号为：CN 107907145 A公开的低噪声平面磁传感器，将平面磁性薄膜加工出多个缝隙，且缝隙的长度方向与平面线圈对应该缝隙处流经的电流方向相交。这样，极大地增加了磁性薄膜中涡流回路的电阻，使得涡流产生的焦耳热功率极低，大大减小了涡流损耗和涡流噪声。但是，多个缝隙的结构使得漏磁加剧，削弱了平面线圈与磁性薄膜的电磁耦合，使得传感器的灵敏度大大降低。

如何在补偿形状退磁提高磁性薄膜有效磁导率的同时抑制涡流磁噪声，仍然是本领域亟待解决的问题。

发明内容

1.所要解决的技术问题：

针对上述技术问题，本发明提供一种低噪声高灵敏度微型平面叠层磁感应式磁传感器。

2.技术方案：

一种低噪声高灵敏度微型平面叠层磁感应式磁传感器，所述磁传感器自下而上依次为绝缘基底、底层磁性薄膜、组合线圈和顶层磁性薄膜；组合线圈和底层磁性薄膜以及顶层磁性薄膜之间均设有绝缘隔离层；底层磁性薄膜和顶层磁性薄膜为矩形的平面磁性薄膜或者表面条栅图案磁性薄膜；且底层磁性薄膜和顶层磁性薄膜中至少有一个为表面条栅图案磁性薄膜；组合线圈为双螺旋线圈结构，包括交替设置的激励线圈和感应线圈，激励线圈和感应线圈均为平面矩形螺旋结构；组合线圈和表面条栅图案磁性薄膜呈垂直交叉设置；