[发明专利]一种磁电阻式集成应力传感器及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及通信领域，公开了种磁电阻式集成应力传感器及其制备方法和应用，包括：基底；永磁薄膜层，永磁薄膜层在基底一侧；压磁薄膜层，压磁薄膜层在相对于永磁薄膜层另一侧的基底上，用于受外应力输出电压；以及金属电极，所述金属电极在压磁薄膜层上。本发明可实现通过压磁薄膜层上电桥磁导率发生变化，使材料本身的磁矩发生改变，材料磁矩的改变会导致材料的磁电阻发生变化，从而实现了对压力方向、大小的测量。

技术领域

本发明涉及电子材料与传感器技术领域，具体是指一种磁电阻式集成应力传感器及其制备方法和应用。

背景技术

人类使用磁传感器已有两千多年的历史了，最早人们通过测量地球磁场的方向在茫茫无际的大海上航行。随着科学技术的进步以及信息化社会的不断发展，很多产业特别是农业、工业、信息产业，开始由人工操作模式快速变革至人工智能、精准操作的模式。此时，智能设备的需求量急剧上升，智能检测传感器的需求也迅速增加。于是多种磁电阻传感器被发明出来用在不同场合。但是人类对要测量的数据种类越来越多，各种测量的精度要求也越来越高，传感器也要求越来越高的集成度。于是急需各种类型的传感器测量工具和高集成度的传感器。

采用非磁性金属和半导体材料制成的应变片，可测试应力大小，但是应变片的尺寸大、灵敏度低、响应时间长、器件功耗大且温度稳定性较差。基于各向异性磁电阻(AMR)效应的磁传感器凭借其完善的技术，已广泛应用于角度测量、速度测量、电流测量、无损检测以及弱磁场测量(磁强计)等工作，可广泛应用于医疗健康监测、工业自动化、汽车电子、可穿戴电子设备、智能家居、机器人等领域。然而，传统的集成磁电阻式传感器(AMR、巨磁电阻、隧道结磁电阻)多采用磁致伸缩系数小的磁性金属材料制备而成，磁电阻输出与应变无关，无法实现对应力大小及方向的检测。

随着物联网技术和可穿戴电子设备的普及，我们迫切需要一种磁电阻式集成应力传感器及其制备方法和应用。

发明内容

本发明的一个方面在于提供一种磁电阻式集成应力传感器，能够实现对应力大小以及方向的检测。

本发明的另一方面还提供巨自旋霍尔角合金材料的制备方法和用途。

根据一示例性实施例，提供一种磁电阻式集成应力传感器，包括：基底；永磁薄膜层，永磁薄膜层在基底一侧；压磁薄膜层，压磁薄膜层在相对于永磁薄膜层另一侧的基底上，用于受外应力输出电压；以及金属电极，所述金属电极在压磁薄膜层上。

在一些示例中，压磁薄膜层包括电桥，所述电桥和金属电极连接。

在一些示例中，基底采用的材料包括但不限于单晶硅片、砷化镓基片、玻璃、陶瓷和柔性高分子材料中的一种或多种。

在一些示例中，永磁薄膜层采用的材料包括但不限于AlNiCo、SmCo、NbFeB和永磁铁氧体中的一种或多种。

在一些示例中，压磁薄膜层采用的材料包括但不限于TbFeCo、CoPt、GdFe、FeRe和SmFe₂中的一种或多种。

在一些示例中，压磁薄膜层材料的厚度为0.01～2μm。

根据另一示例性实施例，提供一种磁电阻式集成应力传感器的制备方法，包括：将永磁薄膜层固定在洁净的基底上；在洁净的基底相对于固定永磁薄膜材料的另一侧上固定有压磁薄膜层；在压磁薄膜层上光刻电桥以及生长金属电极；在电桥两端使用负性光刻胶光刻电极图形，电极图形形成后剥离负性光刻胶与金属电极连接。

在一些示例中，永磁薄膜层采用包括但不限于电镀、溅射或粘贴中的一种或多种固定在基底上。

在一些示例中，压磁薄膜层采用包括但不限于磁控溅射、蒸发、化学电镀、激光脉冲沉积或分子束外延法中的一种或多种固定在基底上。