[发明专利]磁感应器

说明书

技术领域

本发明是关于一种感应器，且特别是关于一种磁感应器。

背景技术

磁感应器可以用来感应外部磁场(例如地磁)的分量。磁感应器已经广泛的应用于汽车、自动化、医疗与电子罗盘等领域，其中电子罗盘更需要能感测外部磁场的三维分量。目前几乎每一支智能手机都有电子罗盘。电子罗盘需感应地磁，因此需有三轴的磁性感测功能，而且要很灵敏，因为地磁大小大约是20-60μT。

磁感应器可以有多种方式的设计，其中磁性穿隧接面(MTJ，Magnetictunneling junction)元件已广泛被用来感测外部磁场的水平分量。以下，磁性穿隧接面元件也可以用“MTJ元件”来表示。这种传统MTJ元件的磁性感应层是由水平磁化异向性(in-plane magnetic anisotropy，IMA)材质所制成，其对水平磁场分量的检测较敏感，但是对垂直磁场分量的检测较不敏感。也就是说，即使传统MTJ元件的磁性感应层的厚度是控制在超顺磁的条件下，其对水平X、Y轴(In-Plane)的磁场分量较为敏感，但是对Z轴(垂直)的磁场并不敏感。主要是因IMA超顺磁虽然磁矩是呈现等向分布，但仍是In-Plane特性，因此对垂直(Z轴)磁场的反应仍需克服去磁场才能使磁矩垂直磁性感应层，因此对Z轴磁场感应很不敏感。

如何在MTJ元件的结构下，简易检测地磁的垂直(Z轴)磁场分量仍是在继续研发中。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种磁感应器，采用磁性穿隧接面元件的架构，可以感应一外部磁场的垂直(Z轴)磁场分量，进而可以简易感应(X、Y、Z)三维磁场分量。

本发明提供一种磁感应器，适用于感应一外部磁场，其包括一磁性穿隧接面元件。磁性穿隧接面元件用以感应该外部磁场在垂直于磁性穿隧接面元件的一垂直(Z轴)磁场分量，包括一第一固定磁性层、一穿隧层以及一磁性感应层。第一固定磁性层有一固定磁化强度，垂直于该第一固定磁性层。穿隧层设置于该第一固定磁性层上。磁性感应层设置于该穿隧层上，其中该磁性感应层有一预定厚度使一磁矩变化处于一超顺磁特性，该超顺磁特性是对垂直于磁性感应层的垂直(Z轴)磁场灵敏度高于水平(X、Y轴)磁场灵敏度，以相对较灵敏感应垂直于磁场感应层的该外部磁场的垂直(Z轴)磁场分量。该固定磁性层、该穿隧层、该磁性感应层是依序或是反依序迭置。

本发明公开一种磁感应器，适用于感应一外部磁场，该磁感应器包括：

一磁性穿隧接面(Magnetic Tunneling Junction，MTJ)元件，用以感应该外部磁场在垂直于该磁性穿隧接面元件的一垂直(Z轴)磁场分量，其中该磁性穿隧接面元件包括：

一固定磁性层，有一固定磁矩垂直于该固定磁性层；

一穿隧层，设置于该固定磁性层上；以及

一磁性感应层，设置于该穿隧层上，其中该磁性感应层有一预定厚度使一磁矩变化处于一超顺磁特性，其中该超顺磁特性是对垂直于该磁性感应层的一垂直(Z轴)磁场灵敏度高于一水平(X、Y轴)磁场灵敏度，以相对较灵敏感应垂直于该磁性感应层的该外部磁场的垂直(Z轴)磁场分量，其中该固定磁性层、该穿隧层、该磁性感应层是依序或是反依序迭置。

所述的磁感应器，该固定磁性层是垂直式人造反铁磁结构，包括堆迭的一第一铁磁层、一非磁性金属层以及一第二铁磁层，其中该第一铁磁层比该第二铁磁层更接近该磁性感应层，该第一铁磁层有一第一磁化强度，该第二铁磁层有一第二磁化强度，且第一磁化强度与该第二磁化强度是反平行。

所述的磁感应器，该第一磁化强度比该第二磁化强度小，以降低该磁性穿隧接面元件的磁阻对垂直(Z轴)磁场感应曲线的偏移量。

所述的磁感应器，还包括：

一磁场偏压层，设置在该磁性感应层上方，与该固定磁性层相对，该磁场偏压层提供垂直于该磁场偏压层的一偏压磁场，以配合该固定磁性层以降低该磁性穿隧接面元件的磁阻对垂直(Z轴)磁场感应曲线的偏移量。

所述的磁感应器，该磁场偏压层的该偏压磁场与该固定磁性层的该固定磁场是反平行。

所述的磁感应器，该磁场偏压层是垂直式人造反铁磁结构，包括堆迭的一第一铁磁层、一非磁性金属层以及一第二铁磁层，

其中该第一铁磁层比该第二铁磁层更接近该磁性感应层，该第一铁磁层有一第一磁化强度，该第二铁磁层有一第二磁化强度，且第一磁化强度与该第二磁化强度是反平行。

所述的磁感应器，该磁场偏压层是单层结构。

所述的磁感应器，该固定磁性层是单层结构。