[发明专利]双轴各向异性磁阻传感器

说明书

背景技术

磁场传感器在各种应用中被用来感测环境磁场。针对这种传感器的应用包括汽车控制系统、地质及空间定位系统、以及医疗器械，此处仅举几例。磁场传感器可使用各种不同的原理和机制来感测磁场。一种类型的磁场传感器是各向异性磁阻传感器(AMR传感器)。AMR传感器依赖于对特定磁材料的电阻率的各向异性灵敏性来实现电或磁电路，这随后可提供代表感测到的环境磁场的特性的输出。

一种类型的AMR传感器包括电阻桥电路，其具有由这种各向异性磁材料制成的电阻器。形成电阻器的分开布置的各向异性磁材料也称为磁阻器，通常具有作为磁特性的由与总各向异性的易磁化轴(也称为总各向异性轴)平行的方向上的特征磁场(也称为总各向异性场)表示的总各向异性。总各向异性是第一分量(技术各向异性，取决于材料的晶体结构和处理条件)和第二分量(被称为形状各向异性，取决于形成电阻器的布置的形状)的函数。如果形成电阻器的布置的形状是长条形，则形状各向异性轴一般沿着条形的纵轴。如果不存在环境场，则总各向异性使得磁阻器的磁化自己对准至平行于总各向异性轴，沿着该轴的两个相反的方向之一。

如此形成的电阻器对流经材料的电流具有取决于给定时间下电流和材料中出现的磁化的方向之间的角度的电阻。如果存在环境场，其使得电阻器材料中存在的磁化的角度旋转，其中在环境场垂直于总各向异性轴或沿着所谓的灵敏度轴作用时存在最大的旋转和最大的电阻器电阻器变化。在这种情况下，磁化旋转的量反比于总各向异性场，如果环境场远小于总各向异性场。由于总各向异性场是恒定的，所以桥输出的信号由感测到的环境场表示。

在利用仅仅具有单个技术各向异性轴的各向异性磁阻材料实现多个这种传感器时，桥型AMR传感器会有问题。例如，在期望实现作为单个集成电路的多轴AMR传感器来感测并输出测量环境磁场的多个不同正交矢量分量的信号，会出现这样情况。出于各种原因，利用具有多个技术各向异性轴的各向异性磁阻材料制造集成电路在技术上很难实现并且成本很高。因此，集成的多轴AMR传感器通常受到限于(至少在实践上)包括具有仅仅单个技术各向异性轴的各向异性磁阻材料。

然而，对于多轴桥型AMR传感器的设计和操作，这种限制导致了严重的问题。各向异性磁阻器对环境磁场的敏感度部分地取决于技术各向异性，因为其反比于总各向异性场而且灵敏度轴垂直于总各向异性轴。虽然可能利用强形状各向异性场来消除技术各向异性轴，导致总各向异性轴基本上平行于形状各向异性轴，如果形状各向异性轴非常不同于技术各向异性轴，即，彼此成例如90°，但是整个磁阻器的磁化很可能不再均匀。相反，可能的是将在磁阻器中形成具有各种磁化方向的许多不同的小区域，而且其敏感度由此下降。即使这不会立即发生，但是这可能在经历即使很小的环境场之后发生。这种情况的可能性随着技术和形状各向异性轴之间的角度的增大而增大。换言之，各向异性磁阻材料通常不会保持它们的磁化平行于磁阻带的纵轴，如果该带垂直于技术各向异性轴。

因此，一般来说，桥型AMR传感器使得它们的技术各向异性轴以一些预定方式对齐至它们测量的环境磁场的矢量分量。然而，单个技术各向异性轴很难以敏感度最大化的方式对齐至多于一个不同的正交矢量环境场分量，例如对齐至x-轴和y-轴环境场分量。因此，受限于单个技术各向异性轴的多轴桥型集成AMR传感器可能不能针对感测不同环境场矢量分量的每个传感器单元使用相同的传感器设计。而且，如果多轴传感器的特定传感器单元不使其技术各向异性有利地对齐至将被测量的矢量分量，则用于感测磁场的其它矢量分量的另一传感器单元可能不利地对齐至技术各向异性轴，因此能够承受性能衰退。

因此，需要一种能够利用仅仅具有单个技术各向异性轴的各向异性磁阻材料制造的多轴桥型集成AMR传感器，但是其仍然能够提供用于单独地感测环境磁场的多个正交矢量分量的良好性能。

附图说明

为了能够理解本发明的特征，下面描述了大量附图。然而，附图仅仅图示了本发明的具体实施例，因此不被看作对其范围的限制，本发明可包括其它等效实施例。

图1是描绘了双轴集成AMR传感器的实施例的电路示意图。

图2一部分是俯视布局图而且一部分是电路示意图，描绘了双轴集成AMR传感器的x轴及y轴传感器单元的实施例。

图3是描绘了图2中的磁阻层的实施例的俯视集成电路布局图。

图4是与图2中描绘的x轴及y轴传感器单元相对应的电阻桥等效电路的实施例的电路示意图。