[发明专利]一种应变传感器及其制作方法

说明书

本发明公开了一种应变传感器，包括柔性衬底及依序层叠设置于柔性衬底上的第一电极层、磁隧道结器件和第二电极层；其中，磁隧道结器件的电阻随着应变传感器所受应变的变化而改变。本发明还公开了上述应变传感器的制作方法。本发明解决了现有的应变传感器电阻变化率较小、并且随着使用时间传感性能变差，最终导致无法正常工作的问题。

技术领域

本发明涉及应变传感器器件技术领域，尤其涉及一种应变传感器及其制作方法。

背景技术

传统的传感器难以在各种复杂表面执行工作，如曲面、动物及人体表面等，柔性传感器在这方面具备极大的优势。特别是应变传感器依托于其可弯曲、可折叠特性，非常适合于监测人体的运动状态，如肌肉的舒张、关节的运动以及各类人体应变信号的探测等。目前，常用的应变传感器的传感单元为电阻应变片，利用应变片中的敏感栅将应变信号转化为电阻信号。敏感栅一般为单层栅状金属，在受到拉伸时，金属丝拉长，敏感栅电阻增大，从而进行应变传感。但是，这种应变片作为应变传感单元存在一定的局限性：金属丝在受到拉伸时体积变化有限，电阻变化率较小；这样的结构随着应变的反复施加，敏感栅的金属丝的长度会被拉伸，导致了金属丝的横截面变小，随着使用时间的增长，电阻的变化率逐渐变小，最终传感性能变差无法正常工作。

发明内容

鉴于现有技术存在的不足，本发明提供了如下的技术方案：

在本发明的一方面提供了一种应变传感器，包括柔性衬底及依序层叠设置于所述柔性衬底上的第一电极层、磁隧道结器件和第二电极层；其中，所述磁隧道结器件用于感应向所述应变传感器施加的应变。

进一步地，所述磁隧道结器件包括依序层叠的反铁磁层、磁性钉扎层、势垒层和磁性自由层；其中，所述磁性自由层的磁矩的方向与自身表面的法线相互垂直，所述磁性钉扎层的磁矩的方向与自身表面的法线相互垂直。

进一步地，向所述应变传感器施加的应变时，所述磁性自由层的磁矩的方向在与所述衬底平行的平面内以顺时针方向或以逆时针方向发生改变。

进一步地，所述磁性自由层的磁矩的方向与所述磁性钉扎层的磁矩的方向之间的夹角为180°时，所述磁隧道结器件处于第一状态；所述磁性自由层的磁矩的方向与所述磁性钉扎层的磁矩的方向之间的夹角为小于180°且大于90°时，所述磁隧道结器件处于第二状态；所述磁性自由层的磁矩的方向与所述磁性钉扎层的磁矩的方向之间的夹角为90°时，所述磁隧道结器件处于第三状态；其中，所述磁隧道结器件的第一状态的电阻值、第二状态的电阻值、第三状态的电阻值依序递减。

进一步地，所述磁性自由层的磁矩的方向与所述磁性钉扎层的磁矩的方向之间的夹角为0°时，所述磁隧道结器件处于第四状态；所述磁性自由层的磁矩的方向与所述磁性钉扎层的磁矩的方向之间的夹角为大于0°且小于90°时，所述磁隧道结器件处于第五状态；所述磁性自由层的磁矩的方向与所述磁性钉扎层的磁矩的方向之间的夹角为90°时，所述磁隧道结器件处于第六状态；其中，所述磁隧道结器件的第四状态的电阻值、第五状态的电阻值、第六状态的电阻值依序递增。

进一步地，所述磁性钉扎层与所述磁性自由层为CoFeB、Py、Co、CoFe、FePt、Co/Ni中的至少一种。

进一步地，所述势垒层为MgO、Al₂O₃、TiO₂中的一种。

进一步地，所述磁隧道结器件的形状为圆柱状或椭圆柱状。

进一步地，所述磁性钉扎层或磁性自由层的厚度为0.1nm～10nm。

进一步地，所述势垒层的厚度为1nm～5nm。

在本发明的另一方面提供了一种应变传感器的制作方法，该方法包括：

在柔性衬底上形成第一电极层；