[发明专利]磁传感器装置和磁感测方法

说明书

本公开涉及一种磁传感器装置(300)，所述磁传感器装置(300)包括至少一个磁阻结构(310)。所述磁阻结构包括：磁自由层(316)，被配置为在自由层中产生闭合通量磁化样式，和磁参考层(314)，具有非闭合通量参考磁化样式；和磁通量集中器(320)，被配置为增加磁自由层(316)中的外部磁场(330)的通量密度。

技术领域

本公开一般地涉及磁传感器装置和方法，并且更具体地讲，涉及使用磁阻结构的磁传感器装置和方法。

背景技术

磁阻效应包括许多不同物理现象，所有这些物理现象具有这样的共同点：可通过磁场穿透电阻元件的行为来改变电阻元件的电阻。利用磁阻效应的技术有时被称为“xMR技术”，其中“x”指示可在这里提及的许多效应，仅提到一些示例，比如巨磁阻(GMR)效应、隧道磁阻(TMR)效应或各向异性磁阻(AMR)效应。xMR效应可在各种基于场的传感器中被例如用于测量旋转、角度等。在一些应用中，尤其在与安全相关的应用中，需要这些传感器可靠地并且以高级别的准确性操作。

在一些应用中，传感器可能遭受未知或无法计算的磁场形式的扰动。这些扰动可随机地改变传感器的状态或初始值。由于无论是在测量值之上还是在测量值之下从初始值接近测量值，传感器的滞后行为可导致显著差异，所以滞后可导致测量结果中的误差。具有涡旋配置(闭合通量磁化样式)的自由层的磁xMR传感器概念可具有几乎零滞后。换句话说，可在自由层中存在涡旋形磁化状态(磁场)的情况下实现低滞后，并且在诸如轮速感测、电流感测或线性场感测之类的应用中，低滞后可能尤其引起关注。然而，涡旋形磁化状态可能仅在关于施加的待测量的场的场强度的某个范围中是稳定的。

因此，希望提供一种实现测量结果的提高的准确性和可靠性的传感器元件。

发明内容

根据本公开的第一方面，提供一种具有至少一个磁阻(xMR)结构的磁传感器装置。所述至少一个磁阻结构包括：磁自由层，被配置为在自由层中产生闭合通量磁化样式(例如，涡旋形磁化状态)。另外，磁阻结构包括：磁参考层，具有非闭合通量参考磁化样式。磁传感器装置还包括：磁通量集中器，被配置为增加磁自由层中的外部磁场的通量密度。

xMR结构可例如通过交替磁层和非磁层形成。术语“磁”和“非磁”可在这种情况下被理解为“铁磁”和“非铁磁”。“非磁”层可因此具有顺磁、反磁或反铁磁性质。层可基本上在具有三个两两垂直方向x、y和z的笛卡尔坐标系的两个方向x和y延伸。换句话说，与层在第一和第二方向x和y的延伸相比，层在第三方向z的延伸可能较小。

闭合通量磁化样式随后也可被称为涡旋状态。自发产生的涡旋状态可例如在它产生之后直接形成在自由层中，或者在未施加外部场的情况下形成在自由层中。另一方面，非闭合通量参考磁化样式可对应于具有零旋度和零散度的均匀、笔直或线性磁化场。

在一些示例中，xMR结构的磁自由层具有中心对称形状。换句话说，这个形状可产生于围绕平行于z方向的中心轴线的预定角度的旋转，并且例如包括等角、等边或正多边形(三角形、正方形、六边形等)或椭圆形。可因此促进自发涡旋形成。如果未施加偏置场，则除了其他因素以外，自由层的形状可确定外部场的涡旋形成范围的原始宽度。

在一些示例中，磁自由层xMR结构具有旋转对称形状。换句话说，自由层可表现出盘形状。如果使用盘形状，则甚至可进一步促进自发涡旋形成。

在一些示例中，磁自由层的厚度和直径之间的比率处于从1/500到1/5的范围中。可沿着z方向测量厚度，并且在x-y平面中测量直径。如果自由层具有非圆形形状，则直径可对应于例如椭圆形的长轴或短轴，或者对应于多边形的内切圆或外接圆的直径。自由层的厚度和直径之间的比率可提供另一因素，该另一因素可确定外部场的涡旋形成范围的原始宽度。通过选择上述范围内的值，可显著减轻涡旋形成。

在一些示例中，自由层的厚度是参考层的厚度的至少三倍。与参考层相比，这可帮助使自由层中的交换偏置效应保持较低，并且传感器的灵敏度可增加。