[发明专利]一种基于巨磁阻技术的高精度弱磁场传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明提供能够精确探测弱磁场的传感器结构和制备该磁场 传感器的方法。该磁场传感器建立在巨磁阻效应理论基础上，采用与半导体 器件工艺相兼容的技术(包括：磁控溅射、光刻、等)制作属合金巨磁阻抗 三明治结构，制备具有偏转磁场的磁场传感器。该磁场传感器具有低功耗， 高的弱磁场探测灵敏度，响应速度快，尺寸小，可靠性高，适合电路集成等 特点。

背景技术

精确定位和导航技术已经变成了一项重要的技术手段被广泛 的应用于航空航天等精度和准确度要求较高的场合。提供精度高、稳定性好、 响应速度快的方向传感器是实现精确制导和导航的前提条件。目前，利用巨 磁阻材料在微小的磁场变化下磁阻产生巨大的变化的现象制备弱磁场传感器 并将它应用于方向探测是解决上述问题的理想方案。

巨磁电阻效应是近10年来发现的新现象。当在具有巨磁效应的材料中通 以恒定的高频电流时，外部微弱的磁场变化就能够引起材料阻抗的明显变化 (50％以上)。由于巨磁阻材料优异的磁场敏感性，即使在外加电子线路中不 引入任何放大设备的情况下仍然能够保持探测的稳定性和可靠性。可以预见， 结合巨磁阻抗效应高灵敏度、高响应度的特点并将之应用于地球磁场的方向 辨别，将大幅度提高方向探测的准确度和精确度。

对于巨磁阻材料而言，其电阻随外加磁场的变化关系如图1所示，电阻 随外加磁场的方向变化呈对称分布，因此，在未加偏置磁场的情况下，巨磁 阻材料本身并不能反应外加磁场的方向信息。如果在该材料外部添加一个偏 置磁场将巨磁阻材料的磁阻信号偏置到图1所示的A点，当地球磁场方向同 偏置磁场方向相同时，材料磁电阻将大幅度降低，反之，将大幅度升高，磁 阻的变化反映出偏置磁场方向同地球磁场的夹角。由于巨磁阻材料在微小的 磁场变化下将表现出磁电阻的巨大变化，从而要求偏置磁场的精度较高，在 较长时间内磁场变化较小稳定性好，否则偏置磁场本身的误差将为弱磁场的 测量带来较大的噪声，影响方向测试的精度。

为了给上述巨磁阻磁场传感器提供高精度，高稳定性的偏置磁场，可以 采用在上述金属合金巨磁阻抗三明治结构外绕置线圈，并在线圈内部通以电 流以提供所需偏置磁场。在2005年5月31日公告的中国发明专利申请说明 书CN 1444049A中披露了一种使用印刷电路板技术的弱磁场传感器及其制造 方法中提及通过多层印刷电路板的叠放形成微型线圈的方法，相对而言，该 方法能够提供高精度、高稳定性的偏置磁场，但是，利用这种技术制备的巨 磁阻传感器相对于集成电路的其它电子元器件而言，体积过大，有悖于集成 电路技术小型化、集成化的发展方向。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种建立在巨磁阻理论基础上的 纵向巨磁电阻传感器，该传感器能够满足当前电子元器件集成化、小型化的 要求。

本发明的另外一个目的是提供一种使用常用的半导体制备技术制备上述 巨磁电阻传感器的制备工艺方法，通过光刻、磁控溅射、离子刻蚀等常备半 导体工艺来实现器件的小型化和低能耗，并且满足方向测试高精度和高灵敏 度的需要。