[发明专利]三轴磁阻磁场传感器及制作方法

说明书

本发明公开一种三轴磁阻磁场传感器及制作方法，包括：磁阻传感单元和导线连接电路；所述的磁阻传感单元进一步包括磁阻单元和传感单元，所述的磁阻单元由磁阻膜堆制成，传感单元由一个或多个磁阻单元组成。本发明优点在于：单一膜堆制成三轴传感器，成本低。同步光刻和刻蚀，简单的工艺步骤完成三轴传感器的器件加工。后期封装更为方便，可靠性强，且封装成本低。设计具有灵活性，根据不同应用，易于设计传感器的灵敏度和测量范围。磁传感器结构简单，易于集成。

技术领域

本发明涉及一种三轴磁阻磁场传感器及制作方法，属于磁性电子器件领域，特别涉及各向异性磁电阻/自旋霍尔磁电阻(AMR/SMR)传感器领域，用于感应磁场。

背景技术

磁电阻是指在外磁场作用下材料的电阻发生变化的现象，其可以将各种磁场及其变化的量转变成电信号输出。磁传感器可用作探测、存储、采集、转换、和监控各种磁场信息的任务，已成为信息技术和信息产业中不可缺少的基础元件，已被广泛应用在航空航天、汽车、工业、消费以及军事等诸多领域。基于磁电阻效应的传感器由于高灵敏度、小体积、低功耗及易集成等特点正逐步进入磁传感器市场，其中基于各向异性磁电阻(AMR)的磁传感器已经大规模应用，并且随着三轴磁传感器在电子罗盘、无人机、智能手表、导航设备中的广泛应用和普及，三轴磁传感器承载着至关重要的绝对指向作用，开发稳定可靠的Z轴传感器成为一种迫切的需求。

一方面，现如今市场上一般的三轴传感器，多采用一个直立式Z轴配合一个水平XY轴感测的结构。这种传感器采用多芯片封装，通过银胶封装材料和焊接的方式，将一个垂直放置的Z轴磁传感器和一个X轴/Y轴两轴磁传感器通过打线或者焊接固定封装在一起。

另一方面，目前的磁电阻传感器需要一定的磁偏置技术来使器件工作在线性区、提高灵敏度和动态范围，而实现相应磁偏置涉及复杂的工艺或膜层结构。最常用的磁偏置技术是软磁近邻层(SAL)偏置技术和巴贝(Barber)电极偏置技术。

因此，需要引入新的方法或原理制备新型的磁传感器，以简单的器件结构实现高线性度、高灵敏度的信号输出，推动实现器件的小型化和提高器件的集成度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三轴磁阻磁场传感器及其制作方法，以解决传统方案中直立式Z轴通过打线或者焊接固定，结构封装复杂，容易断裂或者松动、受温度影响大等问题；

本发明的另一个目的在于提供一种三轴磁阻磁场传感器及其制作方法，以解决现有的磁偏置技术，总厚度大导致电磁波的透过率低、工艺难度高，并且边缘有不均匀性等问题。

发明技术方案利用了具有垂直各向异性的异质结构，通过电流产生磁矩(面内磁化强度方向)的45°偏置，以实现最大线性输出，通过特定的惠斯通电桥结构实现三轴磁场的探测。

本发明提供一种三轴磁阻磁场传感器，包括：磁阻传感单元和导线连接电路；所述的磁阻传感单元为一个或多个磁阻单元，所述的磁阻单元由磁阻膜堆制成。

如图1所示，所述的磁阻膜堆包括：自下而上依次为：基底、自旋产生层、铁磁金属层和覆盖层；

其中，自旋产生层为Ta、W、Pt、Hf、Au、Hf、Mo等重金属中的一种或Ti非磁金属；或是，自旋产生层为Bi₂Se₃、Bi₂Te₃、Sb₂Te₃或(Bi_xSb_1-x)₂Te₃晶体薄膜中的一种；或是，自旋产生层为Bi_xSe_1-x多晶或非晶薄膜；或是，自旋产生层为WTe₂、MoTe₂或Mo_xW_1-xTe₂单晶、多晶或非晶外耳半金属薄膜；