[发明专利]使用垂直各向异性的杂散场鲁棒XMR传感器

说明书

本公开涉及使用垂直各向异性的杂散场鲁棒XMR传感器。磁阻传感器具有传感器平面，在该传感器平面中，磁阻传感器对磁场敏感。磁阻传感器包括：具有参考磁化的参考层，该参考磁化是固定的并且与传感器平面的平面内轴线对准；以及靠近参考层设置的磁性自由层，该磁性自由层具有沿着在传感器平面的平面外的平面外轴线对准的自由层磁化。自由层磁化被配置为在存在外部平面内磁场的情况下远离平面外轴线并且朝向传感器平面倾斜。

技术领域

本公开总体上涉及一种磁阻传感器装置及其制造方法，并且更具体地涉及一种使用垂直各向异性的磁阻传感器装置。

背景技术

磁阻效应基于很多不同的物理现象。所有这些现象的共同点是，电阻性元件的电阻可以通过穿透电阻性元件的磁场来改变。利用磁阻效应的技术有时被称为“xMR技术”，其中“x”表示此处可以解决多种效应，例如巨磁阻(GMR)效应、隧道磁阻(TMR)效应、或各向异性磁阻(AMR)效应，仅举几个示例。xMR效应可以应用于各种基于磁场的磁阻传感器，例如，用于测量转数、角度等。

xMR传感器并且具体地是xMR角度传感器应当呈现出传感器层(自由层)，该传感器层能够理想地遵循外部旋转磁场的方向。由于其高信号和高准确性，并且有可能以模块化方式将xMR传感器集成到互补金属氧化物半导体(CMOS)和双极性CMOS(BiCMOS)技术上，因此它们通常是一种优于基于霍尔的角度传感器的选择。但是，这些xMR传感器有两个明显的缺点：由于各向异性效应的低磁场下的降低的准确性，并且容易受到干扰场的影响。

基于xMR的角度传感器通常包括至少两个完整的惠斯通桥的系统，在GMR和TMR的情况下，至少两个完整的惠斯通桥使用所施加的磁场来提供正弦或余弦信号。该场通常由永磁体提供，并且惠斯通桥的每个电阻器中的敏感层均以完全饱和模式操作。该敏感层的磁化与外部磁场“在平面内”完全对准。但是，如果外部磁场较小，则各种原点的各向异性会引起与完全对准的偏差，从而导致角度测量的不准确，即，在存在低外部电场的情况下导致角度误差增加。为了避免这种情况，可以将具有最小场强的编码器磁体与这些类型的传感器一起使用，这通常是成本增加的代名词。

具有以饱和模式操作的FL的这种传感器的输出信号不能测量外部磁场(即，B场)的场强。因此，输出信号仅取决于外部B场的旋转取向，而不取决于其场强。结果，以饱和模式操作的传感器无法确定是否由编码器磁体纯粹地生成外部磁场、或者是否存在叠加的外部干扰场。这再次导致角度测量不准确。为了克服这个问题，该系统要么必须屏蔽外部磁场，要么需要使用更坚固的磁体以减少干扰场的影响。

在另一示例中，使用基于线性xMR的传感器元件，该传感器元件能够借助于呈现出传感器层的封闭磁通磁化(例如，涡流状磁化)的结构来测量平面内磁场的强度。可以通过横向结构尺寸(即，在圆形结构的情况下为直径)和/或通过传感器层的厚度来调节测量范围。形状大小越小并且传感器层厚度越大，则磁场上限越高。通常，可以达到高达～100mT的所谓的毁灭场(其中封闭磁通磁化被毁灭的场)。从光刻和工艺的角度来看，结构大小具有下限。因此，几乎不可能进一步扩展。结果，基于封闭磁通磁化传感器层的角度传感器只能用于旋转100mT的B场，这低于当今的某些要求。

因此，需要一种能够以高准确性进行高达100mT的角度测量的场强感测元件的另一解决方案。

因此，可能需要一种在不损害xMR技术优势的情况下解决这些问题的改进装置。

发明内容

实施例提供了一种通过使用垂直各向异性而对杂散场具有鲁棒性的磁阻传感器装置。

根据一个实施例，一种磁阻传感器具有传感器平面，在该传感器平面中，磁阻传感器对磁场敏感。磁阻传感器包括：具有参考磁化的参考层，该参考磁化是固定的并且与传感器平面的平面内轴线对准；以及靠近参考层设置的磁性自由层，该磁性自由层具有沿着在传感器平面的平面外的平面外轴线对准的自由层磁化。自由层磁化被配置为在存在外部平面内磁场的情况下远离平面外轴线并且朝向传感器平面倾斜。