[发明专利]磁阻膜层结构以及使用此磁阻膜层结构的磁场传感器

说明书

技术领域

本发明涉及膜层结构，特别是涉及一种磁阻(magnetoresistive)膜层结构，可应用于磁场感测等技术领域。

背景技术

已知，磁阻(magnetoresistance,MR)效应是材料的电阻随着外加磁场的变化而改变的效应，其物理量的定义，是在有无磁场下的电阻差除上原先电阻，用以代表电阻变化率。

巨磁阻(giant magnetoresistance,GMR)效应则存在于铁磁性(如：Fe,Co,Ni)／非铁磁性(如：Cr,Cu,Ag,Au)的多层膜系统，由于磁性层间的磁交换作用会改变其传导电子行为，使得电子产生程度不同的磁散射而造成较大的电阻，其电阻变化较常磁阻大上许多，故被称为「巨磁阻」。这种多层膜结构的电阻值与铁磁性材料薄膜层的磁化方向有关，两层磁性材料磁化方向相反情况下的电阻值，明显大于磁化方向相同时的电阻值，而电阻在很弱的外加磁场下具有很大的变化量。隧道磁阻(tunnel magnetoresistance,TMR)效应则是指在铁磁／绝缘体薄膜(约1纳米)／铁磁材料中，其隧道电阻大小随两边铁磁材料相对方向变化的效应。

目前，磁阻效应已被成功地运用在硬盘生产上，具有重要的商业应用价值。此外，利用巨磁电阻物质在不同的磁化状态下具有不同电阻值的特点，还可以制成磁性随机存储器(MRAM)，其优点是在不通电的情况下可以继续保留存储的数据。

上述磁阻效应还被应用在磁场感测(magnetic field sensor)领域，例如，移动电话中搭配全球定位系统(global positioning system,GPS)的电子罗盘(electronic compass)零组件，用来提供用户移动方位等信息。目前，市场上已有各式的磁场感测技术，例如，各向异性磁阻(anisotropic magnetoresistance,AMR)感测组件、巨磁阻(GMR)感测组件、磁隧道结(magnetic tunneling junction,MTJ)感测组件等等。

然而，上述现有技术通常有以下缺点：占用芯片面积较大、工艺较昂贵、较耗电、灵敏度不足，以及易受温度变化影响等，而有必要进一步改进。

发明内容

本发明于此提出一种可以应用于磁场传感器的磁阻膜层结构，以解决前述现有技术的不足与缺点。

根据本发明一实施例，其提出了一种磁阻膜层结构，其包含一固定层、一被固定层设在所述固定层上、一正交耦合层设在所述被固定层上、一参考层设在所述正交耦合层上、一间隔层设在所述参考层上、以及一自由层设在所述间隔层上。

根据本发明另一实施例，其提出了一种二轴磁场传感器，其中包含一基板、至少一具有所述膜层结构的第一感测胞设置在基板平面上用以感测一第一轴向的磁场变化；以及至少一具有所述膜层结构的第二感测胞设置在基板的一平面上用以感测一第二轴向的磁场变化，其中第一感测胞以及第二感测胞皆具有长轴与短轴，且第一感测胞的长轴方向与第二感测胞的长轴方向互相垂直。

根据本发明又一实施例，其提出了一种三轴磁场传感器，其中包含一基板、至少一具有所述膜层结构的第一感测胞设置在基板平面上用以感测一第一轴向的磁场变化；至少一具有所述膜层结构的第二感测胞设置在基板平面上用以感测一第二轴向的磁场变化、以及至少一具有所述膜层结构的第三感测胞设置在基板的一斜面上用以感测一第三轴向的磁场变化，其中第一感测胞、第二感测胞以及第三感测胞都包含有长轴与短轴，且第一感测胞的长轴方向、第二感测胞的长轴方向、以及第三感测胞的长轴方向互相垂直。

为让本发明的目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举优选实施方式，并配合所附图式，作详细说明如下。然而如下的优选实施方式与图式仅供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制者。

附图说明

图1为依据本发明实施例所绘示的磁场传感器组件中的X轴向感测胞的膜层结构侧视示意图。

图2为图1中轴向感测胞的膜层结构分解图及磁矩方向。

图3为依据本发明另一实施例所绘示的感测胞的膜层结构侧视图。

图4为依据本发明又另一实施例所绘示的感测胞的膜层结构侧视图。

图5为依据本发明又另一实施例所绘示的感测胞的膜层结构侧视图。

图6为一流程图，例示一种场退火流程。

图7例示出具有长、短轴的长方体磁阻膜层胞的上视图，显示出外部磁场及膜层磁化方向。

图8例示出另一种场退火流程。

图9例示出另一种场退火流程。