[发明专利]线性薄膜磁阻传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种传感器，尤其是一种线性薄膜磁阻传感器，属于薄膜磁阻传感器的技术领域。

背景技术

薄膜磁阻传感器元件被广泛的应用在数据存储领域（计算机硬盘，MRAM），电流的测量领域，位置测量，物体的移动和速度，角度及角速度等的测量领域。

薄膜磁阻传感器元件有多层膜结构，自旋阀结构。 多层膜结构包括磁性层和非磁性层，它们交替的沉积在衬底上。自旋阀结构包括非磁性钉扎层（MnIr，MnPt），磁性被钉扎层（CoFeB, CoFe, 或是SAF结构CoFe/Ru/CoFe等），非磁性隔离层（Cu，AlO，MgO，HfO, ZrO,TaO等等），磁性自由层（CoFeB, CoFe, 或是SAF结构CoFe/Ru/CoFe等）。

薄膜磁阻传感器元件在测量模拟量时，由于自由层的磁性材料本身有磁滞现象，测量时有回程差，影响到测量的精度和测量的线性度。为了避免这种现象通常采用的方法是：1）、利用自由层的形状各项异性能提供一个垂直于外界待测磁场偏置磁场。2）、在薄膜磁阻传感器元件的自由层周围，沉积一层永磁薄膜，通过永磁薄膜提供一个垂直于外界待测磁场偏置磁场（计算机硬盘采用此方案）。3）、在薄膜磁阻传感器元件的自由层周围，沉积一根电流线，通过电流提供一个偏置磁场。4）、利用反铁磁材料（MnIr/MnPt）提供自由层一个垂直于外界待测磁场偏置磁场。

采用第一种方法的特点是：工艺简单，但是形状各项异性提供的偏置磁场有限，并且限制了芯片的设计。采用第二种方法的特点是：偏置磁场的大小可由调解永磁薄膜的成分及厚度而改变，但是在实际应用中要避免大的外磁场的干扰，如果有大磁场的干扰，会改变偏置磁场的方向，从而影响传感器的性能。采用第三种方法的特点是：偏置磁场的大小可由改变电流的大小来调解，但是传感器的功耗会很大。采用第四种方法的特点是：偏置磁场的大小可由调解反铁磁材料的厚度及自由层的厚度或材料而改变，但是在实际应用中这种结构的热稳定性较差，目前的材料很难使传感器的性能稳定性达到200摄氏度以上。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种线性薄膜磁阻传感器，其结构紧凑，磁滞小、精度和线性度高、线性范围可调，工艺简单，成本低，抗干扰性强及温度稳定性好。

按照本发明提供的技术方案，所述线性薄膜磁阻传感器，包括种子层；参考层，位于所述种子层上，具有第一磁矩；非磁性隔离层，位于所述参考层上，将参考层与磁性自由层隔离；磁性自由层，位于非磁性隔离层上，具有第二磁矩，所述第二磁矩具有垂直于膜面的各向异性，且第二磁矩的方向与第一磁矩的方向相互垂直。

所述磁性自由层的第二磁矩在非磁性隔离层的晶格结构作用下产生垂直于膜面的各向异性时，磁性自由层的材料包括CoFeB，或CoFeB与Ta形成的复合层，或CoFeB、Ru与Ta形成的复合层、或CoFeB、Ta、Ru与Ta形成的复合层。

所述磁性自由层的材料包括CoFe与Pt形成复合层、CoFe与Pd形成的复合层、Co与Pd形成的复合层、Co与Pt形成的复合层、CoFeB与Pt形成的复合层、或CoFeB与Pd形成的复合层。

所述参考层包括非磁性钉扎层及磁性被钉扎层，所述非磁性钉扎层位于种子层上，磁性被钉扎层位于非磁性钉扎层上；非磁性钉扎层与磁性被钉扎层产生交换耦合场，所述交换耦合场在磁性被钉扎层上具有第一磁矩。

所述非磁性隔离层的材料包括Cu、AlO、MgO、HfO、ZrO或TaO。

所述非磁性钉扎层的材料包括MnIr，MnPt或MnFe；所述磁性被钉扎层的材料包括CoFe与CoFeB形成的复合层、CoFe、Ru与CoFe形成的复合层、CoFe、Ru、CoFeB、Ta与CoFeB形成的复合层、或CoFe、Ta、CoFe、Ru与CoFeB形成的复合层。

一种线性薄膜磁阻传感器电路，包括第一线性薄膜磁阻传感器及第二线性薄膜磁阻传感器，所述第一线性薄膜磁阻传感器、第二线性薄膜磁阻传感器形成半桥电路；第一线性薄膜磁阻传感器内参考层的第一磁矩方向与第二线性薄膜磁阻传感器内参考帧的第一磁矩方向反平行；第一线性薄膜磁阻传感器内磁性自由层的第二磁矩反向与第二线性薄膜磁阻传感器内磁性自由层的第二磁矩方向相互平行。