[发明专利]一种三轴磁场传感器及其制备方法

权利要求书

1.一种三轴磁场传感器，其特征在于，包括两组结构相同、位置相互正交的磁传感模块，每组所述磁场传感器模块包括两组及以上的衬底层、磁隧道结阵列、定值电阻和磁通量衰减器，

所述磁隧道结阵列设置在所述衬底的上方，对磁隧道结短轴方向具有单轴敏感特性；

所述定值电阻与磁隧道结阵列连接形成半桥；

所述磁通量衰减器设置在所述磁隧道结阵列的上方。

2.根据权利要求1所述的三轴磁场传感器，其特征在于，每块磁通量衰减器下方的左右两侧磁隧道结阵列分别与定值电阻模块组成半桥结构，每个半桥结构的电压输入端相互并联，输出端互相独立。

3.根据权利要求1所述的三轴磁场传感器，其特征在于，所述磁隧道结阵列包括多个敏感结构单元形成阵列，所述敏感结构单元的平面形状为长方形或椭圆形。

4.根据权利要求2所述的三轴磁场传感器，其特征在于，所述磁通量衰减器的的投影为长方形，每块磁通量衰减器下方设有两组磁隧道结阵列，两组磁隧道结阵列与磁通量衰减器的投影面的长边相平行，每块磁通量衰减器下方的左右两组磁隧道结阵列分别与最接近的磁通量衰减器的投影长边的距离不同。

5.根据权利要求2所述的三轴磁场传感器，其特征在于，所述磁通量衰减器的的投影为长方形，每块磁通量衰减器下方设有两组磁隧道结阵列，两组磁隧道结阵列与磁通量衰减器的投影面的长边相平行，两组磁隧道结阵列中的其中一组磁隧道结阵列的敏感结构单元与最接近的磁通量衰减器的投影长边存在10~80°的固定夹角，二者夹角不同，从而使得两组磁隧道结阵列下方感应磁场的三轴分量不同。

6.根据权利要求2所述的三轴磁场传感器，其特征在于，每路半桥输出的电压信号U1,U2,U3,..,Un，表达式为Un=Nnx×Hx+ Nnz×Hz；其中，Nnx和Nnz是磁隧道结单元分别对对应的敏感轴磁场Hx和z轴磁场Hz的灵敏系数，通过分别单独施加x方向磁场Hx和z轴方向磁场Hz，测量对应的电压信号Un，并通过Nnx=Un/ Hx，Nnz=Un/ Hz计算得到。

7.根据权利要求5所述的三轴磁场传感器，其特征在于，所述磁隧道结单元对敏感轴磁场Hx和z轴磁场的灵敏系数取决于磁隧道结单元与磁通量衰减器的相对位置；三轴磁场传感器中位置相互正交的磁传感模块分别具有对x、z轴和y、z轴的敏感特性，测量此时每路半桥的输出电压U1,U2,U3，..，Un，对每路半桥的输出电压的方程组分别求解得到两组磁传感模块中的磁场大小，分别求解两组磁传感模块中的磁场大小，从而得到三轴磁场的大小。

8.根据权利要求1所述的三轴磁场传感器，其特征在于，所述磁通量衰减器的厚度在1~50μm，所述磁隧道结阵列的厚度在0.5~2μm。

9.一种三轴磁场传感器的制备方法，其特征在于，包括：

在衬底上生长磁敏感薄膜；

通过光刻工艺磁隧道结阵列结构；

通过晶圆取die工艺将磁隧道结阵列取出并按照固定的相对位置进行排列，分为两组相互正交的磁传感模块，每个模块具有至少两组与所设计的磁通量聚集器相对位置不同的磁隧道结阵列；

通过镀电极工艺连接好各半桥结构；

在薄膜阵列上方制备绝缘保护层和电镀磁通量聚集器前的种子层；

在种子层上电镀磁通量衰减器层，从而得到权利要求1-8任一项所述的三轴磁场传感器。

10.根据权利要求9所述的三轴磁场传感器的制备方法，其特征在于，所有磁隧道结阵列取自同一晶圆。