[发明专利]一种单芯片三轴磁场传感器及其制备方法

摘要

本发明公开了一种单芯片三轴磁场传感器及其制备方法，该传感器包括在同一基片上集成设置的X轴传感器、Y轴传感器和Z轴传感器，其中，X轴传感器和Y轴传感器的结构相同，均为参考桥式结构，参考臂上的磁电阻传感元件位于相应磁通量控制器的下方，感应臂上的磁电阻传感元件位于相应磁通量控制器之间的间隙处，但这两个传感器上所有元件的排布方向均相互垂直，并且磁电阻传感元件的钉扎层的磁化方向也相互垂直，Z轴传感器为推挽桥式结构，其推臂和挽臂上的磁电阻传感元件分别成列排布于其磁通量控制器的上方或下方的两侧。本发明还公开了一种该单芯片三轴磁场传感器的制备方法，该单芯片三轴磁场传感器具有制作简单、动态范围宽的优点。

主权项

一种单芯片三轴磁场传感器，其特征在于，所述传感器包括：一位于XY平面内的基片，所述基片上集成设置有一x轴传感器、一Y轴传感器和一Z轴传感器，分别用于检测磁场在X轴方向、Y轴方向、Z轴方向上的分量；所述X轴传感器和所述Y轴传感器各自均包含有一参考电桥和至少两个磁通量控制器，所述参考电桥的参考臂和感应臂均包含有一个或多个相同的相互电连接的磁电阻传感元件，所述参考臂上的磁电阻传感元件位于所述磁通量控制器的上方或下方，并沿着所述磁通量控制器的长度方向排列形成参考元件串，所述感应臂上的磁电阻传感元件位于相邻两个所述磁通量控制器之间的间隙处，并沿着所述磁通量控制器的长度方向排列形成感应元件串；所述参考元件串和所述感应元件串相互交错排放，每个所述参考元件串至少与一个所述感应元件串相邻，每个所述感应元件串也至少与一个所述参考元件串相邻；所述Y轴传感器中的各元件和所述X轴传感器中对应的元件排布方向相互垂直；所述X轴传感器和所述Y轴传感器中各自两个相邻所述磁通量控制器之间的间隙处的磁场的增益系数均为l<Asns<100，所述X轴传感器和所述Y轴传感器的磁通量控制器的上方或者下方处的磁场的衰减系数均为0<Aref<1；所述Z轴传感器包含有一推挽电桥和至少一个磁通量控制器，所述推挽电桥的推臂和挽臂交替排列，各自均包含有所述一个或多个相同的相互电连接的磁电阻传感元件，所述推臂和所述挽臂上的磁电阻传感元件均沿着所述Z轴传感器中磁通量控制器的长度方向排列，分别位于所述Z轴传感器中磁通量控制器的下方两侧或上方两侧；所述X轴传感器和所述Y轴传感器上的磁电阻传感元件的钉扎层的材料不同，并且钉扎层的磁化方向垂直；所述Z轴传感器和所述X轴传感器的钉扎层的磁化方向相同；在没有外加磁场时，所有所述磁电阻传感元件的磁性自由层的磁化方向与钉扎层的磁化方向均垂直，且所述磁电阻传感元件通过永磁偏置、双交换作用、形状各向异性或者它们的任意结合来实现磁性自由层的磁化方向与钉扎层的磁化方向垂直；其中，X轴、Y轴和Z轴两两相互正交。