[发明专利]曲折多匝结构巨磁阻抗效应传感器

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种测量技术领域的传感器，具体是一种曲折多匝结构巨磁阻抗效应传感器。

背景技术

随着微电子技术的迅速发展，在汽车电子、机器人技术、生物工程、自动化控制等领域需要一些小型的、高性能、高灵敏度且响应速度快的磁敏传感器来检测相关参数，如磁场、转速、速度、位移、角度、扭矩等。目前市场上流行的几种磁敏传感器主要有霍尔效应(Hall)传感器、各向异性(AMR)磁敏传感器和巨磁电阻(GMR)传感器。霍尔效应(Hall)传感器虽然是目前应用最为广泛的磁敏传感器，但其输出信号弱，温度稳定性差，灵敏度低；各向异性(AMR)磁敏传感器的磁阻变化率大小只有2％-4％，其磁场灵敏度小于1％/Oe；巨磁电阻(GMR)传感器的磁阻变化率虽然可以达到80％以上，可获得较高信号输出，但其磁场灵敏度只能达到1％-2％/Oe。

研究发现，软磁材料在很小直流磁场作用下能产生巨磁阻抗效应，即磁场的微小变化能够会引起软磁材料交流阻抗巨大变化。利用软磁材料制作巨磁阻抗效应传感器，其磁场灵敏度可达2％-300％/Oe，比AMR传感器和GMR传感器高1到2个数量级，是霍尔效应传感器的10-100倍，而且巨磁阻抗效应传感器还具有响应速度快、体积小等优点，可广泛应用于交通运输、自动控制、航空航天、生物工程等各个领域。

经过对现有相关技术检索发现，Z.Zhou等人在《IEEE TRANSACTION ONMAGNETICS》(IEEE磁学汇刊，2008年44期：2252-2254)发表了“Perpendicular GMI effect in meander NiFe and NiFe/Cu/NiFe film”(曲折结构NiFe和NiFe/Cu/NiFe薄膜中垂直GMI效应)一文，该文公开了一种曲折结构NiFe/Cu/NiFe多层膜巨磁阻抗效应磁场传感器，该传感器为3匝曲折结构，长度为4mm，NiFe和Cu层宽度分别为700和400μm，线条间距为100μm，最大阻抗变化率为13.0％，该传感器线宽和间距过大，导致线条间电磁偶合效应不强，阻抗变化率较小，此外，该传感器的引角为2个，测量性能参数不可调节，而且无法实现大面积非均匀磁场的探测。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述缺点，提供一种曲折多匝结构巨磁阻抗效应传感器，本发明阻抗变化率高，测量参数可调，能够应用于大面积非均匀磁场的探测。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：带SiO₂层的硅衬底、软磁多层膜和引脚，其中：软磁多层膜位于带SiO₂层的硅衬底上，引脚的一端与软磁多层膜固定连接，另一端固定于带有SiO₂层的硅衬底上，软磁多层膜为方波形的曲折多匝结构，其匝数为10匝，匝间距离为60μm，峰-峰值为5mm，所述引脚的个数为21个。

所述的软磁多层膜包括：铜层和软磁薄膜层，其中：铜层位于软磁薄膜层内部，软磁薄膜层的宽度为200μm，铜层4的宽度为120μm。

所述的引脚位于软磁多层膜的上、下两端并与铜层固定连接。

所述铜层上侧的软磁薄膜与铜层下侧的软磁薄膜厚度相同，为1μm-3μm。

所述铜层的厚度为1μm-3μm。

所述软磁薄膜层为Ni-Fe混合材料制成，其中Ni元素所占的组分比率为82％。

本发明的软磁多层膜采用10匝的方波形曲折结构，通过将匝间距离减小为60μm，增加了软磁多层膜的电磁偶合效应，提高了传感器的阻抗变化率；将引脚个数增加至21个，可以通过改变不同引脚之间的配对组合调节软磁多层膜的匝数，进而调节传感器的测量参数，如灵敏度和阻抗变化率等，同时还能实现不同位置的多个区域磁场测量，使传感器能够应用于大面积非均匀磁场的探测。

与现有技术相比，本发明的优点在于：测量参数可调，磁场灵敏高度，阻抗变化率大，可应用于大面积非均匀磁场的探测。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的剖面示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。