[发明专利]一种开关场区域可调的巨磁电阻磁双极性开关传感器

说明书

本发明属于电子材料与元器件技术领域，具体为一种开关场区域可调的巨磁电阻磁双极性开关传感器，包括基片、上下电极、传感单元薄膜和导电薄膜。本发明利用不对称残余应变材料的残余应变有无可通过脉冲电压极性调控的特点，通过应变对基片上传感单元薄膜的铁磁层1产生磁弹耦合能有无来实现巨磁电阻双极性开关传感器中开关场的调控。由于该调控可在一固定传感单元中开关场调整，并且可配合残余应变引入时间，实现不对称开关场形式的巨磁电阻双极性开关传感器，因而可以提高该类产品的适应度及扩展应用场景，满足一些特殊的应用需求。

技术领域

本发明属于电子材料与元器件技术领域，涉及磁传感技术，具体为一种开关场区域可调的巨磁电阻磁双极性开关传感器,利用残余应变诱导的磁弹耦合能实现开关场区域可调。

背景技术

磁双极性开关是利用正、负两个磁场，通过在正、负磁场下磁传感器件输出电压的高低实现开关性能。在直流无刷电机、速度传感器、脉冲计数器、临近开关、编码器中具有众多的应用。

一般情况下，将在正磁场下磁传感器件输出低电压时对应的磁场记为Bop(磁场工作点，打开场)，在负磁场下磁传感器输出高电压时对应的磁场记为Brp(磁场释放点，关闭场)，如图1所示。而其中的磁传感单元可由巨磁电阻薄膜构成，通过巨磁电阻薄膜中电阻值在正、负磁场下的改变实现高、低电压的输出，构成磁双极开关。其中巨磁电阻薄膜采用如下结构：铁磁层1(自由层)/隔离层/铁磁层2/超薄金属层/铁磁层3/反铁磁层，其中铁磁层2/超薄金属层/铁磁层3/反铁磁层构成的结构称为人工反铁磁钉扎结构(或固定层)，通过该结构可以使铁磁层2的磁矩固定，不随外磁场转动，且对铁磁层1无静磁耦合作用。而铁磁层1的磁矩则会随外磁场转动，当所施加的外磁场大于铁磁层1的饱和场时，铁磁层1的磁矩则会沿外磁场方向取向。这样，如果固定层磁矩沿正方向，当所施加的磁场为负磁场(对应于图1中的Brp)，且大于铁磁层1的饱和场，铁磁层1磁矩将沿负方向取向，根据巨磁电阻效应规律此时巨磁电阻薄膜中将获得高电阻，对应输出为高电压；而如果反过来，当所施加的磁场为正磁场(对应于图1中的Bop)，且大于铁磁层1的饱和场，铁磁层1磁矩将沿正方向取向，根据巨磁电阻效应规律此时巨磁电阻薄膜中将获得低电阻，对应输出为低电压，这样就实现了磁双极开关所需要的性能，如图1所示。由以上描述可见，磁双极开关的开关场大小其实对应的就是铁磁层1的饱和场。一般情况下铁磁层1正方向和负方向的饱和场大小是一样大的，因此|B_op|＝|B_rp|。

目前，对于不同场景应用的磁双极开关，由于所需开关场大小不同，因此一般都是通过改变铁磁层1所用材料、厚度等参数来实现开关场大小的调整。一般只要巨磁电阻薄膜传感单元镀制完成则其开关场即确定了，不能更改；因此，目前的磁双极开关为适应不同的开关场需求，产品是系列化的。

可见，现有磁双极开关存在场景适应性相对单一，导致其应用时一定程度受限，以及面对多种需求时需要多个产品，从而总体使用成本增加的问题。

发明内容

针对上述存在问题或不足，为解决现有磁双极开关因制备完成后开关场大小不可变产生的一系列问题，本发明提供了一种开关场区域可调的巨磁电阻磁双极性开关传感器，在巨磁电阻磁双极开关薄膜制备完成后，通过不对称应变材料引入无需电场维持的残余磁弹耦合能，改变巨磁电阻薄膜中铁磁层1的饱和场，实现在同一磁双极开关中可获得不同开关场区域，满足不同的应用需求。另外，通过应变材料上正负电压脉冲对有、无残余磁弹耦合能的调控，可实现不对称开关场|B_op|≠|B_rp|的磁双极开关，满足特殊开关场区域的应用需求。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种开关场区域可调的巨磁电阻磁双极性开关传感器，包括基片、上下电极、传感单元薄膜和导电薄膜。

所述上下电极分别制备于基片的上下两面且不与传感单元薄膜和导电薄膜接触，作为对基片施加电压的电极。