XIONG WEI (CN)
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CN100543489C | 2009-09-23 | |||
CN100356605C | 2007-12-19 | |||
CN101666864A | 2010-03-10 | |||
JP2003264323A | 2003-09-19 | |||
US6630882B1 | 2003-10-07 |
1.一种磁传感器芯片, 包括磁敏感薄膜, 其特征在于, 在所述 磁敏感薄膜的长度方向上间隔设置有 n 个能够实现分段抑制退磁场 的抑制单元, 其中, 11为 2的整数。 2.根据权利要求 1 所述的磁传感器芯片, 其特征在于, 所述抑 制单元为切口,借助所述切口将所述磁敏感薄膜分割成 n+1段短磁敏 感薄膜; 所述切口完全贯穿所述磁敏感薄膜的厚度方向和宽度方向, 并且在所述切口位置设有电连接两个相邻的所述短磁敏感薄膜的电 连接体; 或者所述切口在所述磁敏感薄膜的厚度方向完全贯穿, 而在 所述磁敏感薄膜的宽度方向部分贯穿;或者所述切口在所述磁敏感薄 膜的厚度方向部分贯穿, 而在所述磁敏感薄膜的宽度方向完全贯穿; 或者所述切口在所述磁敏感薄膜的厚度方向和宽度方向均部分贯穿。 3.根据权利要求 2 所述的磁传感器芯片,,其特征在于, 所述切 口在水平面上的投影的形状为矩形、 圆形、椭圆形、哑铃形、纺锤形、 鼓形、 平行四边形、 三角形或多边形。 4.根据权利要求 2 所述的磁传感器芯片, 其特征在于, 在所述 切口内填充绝缘材料或导电材料。 5.根据权利要求 1 所述的磁传感器芯片, 其特征在于, 所述抑 制单元为用导电材料制作的抑制导体,所述抑制导体设置于所述磁敏 感薄膜的上表面和 /或下表面和 /或内侧和 /或外侧, 并与设置在所述 磁敏感薄膜外的电源连接。 6.根据权利要求 5 所述的磁传感器芯片, 其特征在于, 在所述 抑制导体与所述磁敏感薄膜之间还设有绝缘体,所述抑制导体覆盖所 述绝缘体, 以将所述绝缘体未与所述磁敏感薄膜接触的表面包裹; 或 者, 在所述抑制导体未与所述磁敏感薄膜接触的表面还设有绝缘体, 所述绝缘体覆盖所述抑制导体,以将所述抑制导体未与所述磁敏感薄 膜接触的表面包裹。 7.根据权利要求 1 所述的磁传感器芯片, 其特征在于, 所述抑 制单元为加热体, 所述加热体设置于所述磁敏感薄膜的上表面和 /或 下表面和 /或内侧和 /或外侧。 8.根据权利要求 7 所述的磁传感器芯片, 其特征在于, 在所述 加热体的外侧还设有隔热体, 所述隔热体覆盖所述加热体, 以将加热 体发出的热集中到所述磁敏感薄膜上。 9.根据权利要求 1 所述的磁传感器芯片, 其特征在于, 所述抑 制单元为硬磁体, 所述硬磁体设置于所述磁敏感薄膜的内侧和 /或外 侧和 /或上表面和 /或下表面。 10.根据权利要求 9所述的磁传感器芯片, 其特征在于, 所述硬 磁体紧靠所述磁敏感薄膜或与所述磁敏感薄膜相距一定间隔。 11.根据权利要求 1所述的磁传感器芯片, 其特征在于, 所述抑 制单元为设置在磁敏感薄膜内部的掺杂段,借助所述掺杂段将所述磁 敏感薄膜分割成 n+1段短磁敏感薄膜;所述掺杂段完全贯穿所述磁敏 感薄膜的厚度方向和宽度方向;或者所述掺杂段在所述磁敏感薄膜的 厚度方向完全贯穿, 而在所述磁敏感薄膜的宽度方向部分贯穿; 或者 所述掺杂段在所述磁敏感薄膜的厚度方向部分贯穿,而在所述磁敏感 薄膜的宽度方向完全贯穿;或者所述掺杂段在所述磁敏感薄膜的厚度 方向和宽度方向均部分贯穿。 12.根据权利要求 11 所述的磁传感器芯片, 其特征在于, 所述 掺杂段内的掺杂物为碳、 氮、 氧、 硼、 氦、 磷、 铝、 锌或锡。 13.根据权利要求 1-12 任意一项所述的磁传感器芯片, 其特征 在于, 所述磁敏感薄膜为各向异性磁电阻薄膜、 巨磁电阻薄膜、 隧道 磁电阻薄膜。 . 14.根据权利要求 1-12 任意一项所述的磁传感器芯片, 其特征 在于, 在所述磁传感器芯片的表面还包括保护膜, 所述保护膜为二氧 化硅膜、 氧化铝膜、 氮化硅膜、 陶瓷膜、 聚酰亚胺膜或环氧树脂膜。 15.—种磁传感器, 包括磁传感器芯片, 其特征在于, 所述磁传 感器芯片采用权利要求 1-14中任意一项所述的磁传感器芯片。 |
本发明属于微纳米传感器技术领域, 具体涉及一种磁传感器芯 片以及包含有该磁传感器芯片的磁传感器。 背景技术
磁传感器是将磁场、 电流、 应力应变、 温度、 光等引起敏感元 件磁性能的变化转换成电信号, 以测量相关物理量、特别是微小物理 量的器件, 其相对于传统传感器而言具有灵敏度高等优点 , 因此被广 泛应用于航空、 航天、 地质探矿、 医学成像、 信息采集以及军事等领 域。
随着技术的进步, 磁传感器芯片由于具有低功耗、 体积小、 灵 敏度高、 易集成、 成本低、 响应快、 分辨率高、 稳定性好、 可靠性高 等多种优点而作为磁传感器的核心部件,而且 磁传感器芯片的使用使 得磁传感器在磁信息存储、自动化以及物联网 领域展示了广阔的应用 前景。
图 1 示出了传统的磁传感器芯片的结构图。 如图 1 所示, 磁传 感器芯片包括磁敏感薄膜 2以及导体 3 , 导体 3设置于磁敏感薄膜 2 的两端, 用于与其它部件电连接。 这种磁传感器芯片在使用过程中, 由于磁敏感薄膜 2的长度与宽度的比值较大,导致磁敏感薄膜 2的退 磁场较大, 因此, 磁传感器芯片的磁滞现象严重。 图 2示出了传统的 磁传感器芯片的磁滞回线的曲线图, 图中, 横轴表示外加的磁场强度 ( H ) , 纵轴表示磁传感器芯片的电阻值 (R ) 。 如图 2所示, 磁传感 器芯片的磁滞回线的宽度较大, 即磁传感器芯片的磁滞较大, 这导致 磁传感器芯片的灵敏度较低。 发明内容
本发明要解决的技术问题就是针对磁传感器芯 片存在的上述缺 陷, 提供一种磁传感器芯片, 该磁传感器芯片可以减小、 甚至消除磁 滞现象, 从而提高磁传感器芯片的灵敏度。
为解决上述技术问题, 本发明还提供一种磁传感器, 该磁传感 器的灵敏度较高。
为此, 本发明提供一种磁传感器芯片, 包括磁敏感薄膜, 在所 述磁敏感薄膜的长度方向上间隔设置有 n 个能够实现分段抑制退磁 场的抑制单元, 其中, 11为 2的整数。
优选的, 所述抑制单元为切口, 借助所述切口将所述磁敏感薄 膜分割成 n+1段短磁敏感薄膜;所述切口完全贯穿所述磁 敏感薄膜的 厚度方向和宽度方向,并且在所述切口位置设 有电连接两个相邻的所 述短磁敏感薄膜的电连接体;或者所述切口在 所述磁敏感薄膜的厚度 方向完全贯穿, 而在所述磁敏感薄膜的宽度方向部分贯穿; 或者所述 切口在所述磁敏感薄膜的厚度方向部分贯穿, 而在所述磁敏感薄膜的 宽度方向完全贯穿;或者所述切口在所述磁敏 感薄膜的厚度方向和宽 度方向均部分贯穿。
优选的, 所述切口在水平面上的投影的形状为矩形、 圆形、 椭 圆形、 哑铃形、 纺锤形、 鼓形、 平行四边形、 三角形或多边形。
优选的, 在所述切口内填充绝缘材料或导电材料。
优选的, 所述抑制单元为用导电材料制作的抑制导体, 所述抑 制导体设置于所述磁敏感薄膜的上表面和 /或下表面和 /或内侧和 /或 外侧, 并与设置在所述磁敏感薄膜外的电源连接。
优选的, 在所述抑制导体与所述磁敏感薄膜之间还设有 绝缘体, 所述抑制导体覆盖所述绝缘体,以将所述绝缘 体未与所述磁敏感薄膜 接触的表面包裹; 或者, 在所述抑制导体未与所述磁敏感薄膜接触的 表面还设有绝缘体, 所述绝缘体覆盖所述抑制导体, 以将所述抑制导 体未与所述磁敏感薄膜接触的表面包裹。 优选的, 所述抑制单元为加热体, 所述加热体设置于所述磁敏 感薄膜的上表面和 /或下表面和 /或内侧和 /或外侧。
优选的, 在所述加热体的外侧还设有隔热体, 所述隔热体覆盖 所述加热体, 以将加热体发出的热集中到所述磁敏感薄膜上 。
优选的, 所述抑制单元为硬磁体, 所述硬磁体设置于所述磁敏 感薄膜的内侧和 /或外侧和 /或上表面和 /或下表面。
优选的, 所述硬磁体紧靠所述磁敏感薄膜或与所述磁敏 感薄膜 相距一定间隔。
优选的, 所述抑制单元为设置在磁敏感薄膜内部的惨杂 段, 借 助所述掺杂段将所述磁敏感薄膜分割成 n+1段短磁敏感薄膜;所述掺 杂段完全贯穿所述磁敏感薄膜的厚度方向和宽 度方向;或者所述掺杂 段在所述磁敏感薄膜的厚度方向完全贯穿,而 在所述磁敏感薄膜的宽 度方向部分贯穿;或者所述掺杂段在所述磁敏 感薄膜的厚度方向部分 贯穿, 而在所述磁敏感薄膜的宽度方向完全贯穿; 或者所述掺杂段在 所述磁敏感薄膜的厚度方向和宽度方向均部分 贯穿。
优选的, 所述掺杂段内的掺杂物为碳、 氮、 氧、 硼、 氦、 磷、 铝、 锌或锡。
优选的,所述磁敏感薄膜为各向异性磁电阻薄 膜、巨磁电阻薄膜、 隧道磁电阻薄膜。
优选的, 在所述磁传感器芯片的表面还包括保护膜, 所述保护膜 为二氧化硅膜、 氧化铝膜、 氮化硅膜、 陶瓷膜、 聚酰亚胺膜或环氧树 脂膜。
本发明还提供一种磁传感器, 包括磁传感器芯片, 所述磁传感器 芯片采用本发明提供的所述磁传感器芯片。
本发明具有以下有益效果:
本发明提供的磁传感器芯片借助设置在所述磁 敏感薄膜 2 的长 度方向上的抑制单元, 可以使所述磁敏感薄膜 2 实现分段抑制退磁 场, 从而减小、 甚至消除所述磁敏感薄膜 2的磁滞现象, 进而提高磁 传感器芯片的灵敏度。
另外, 本发明还提供一种磁传感器, 该磁传感器包括本发明提 供的磁传感器芯片,借助所述磁传感器芯片可 以提高磁传感器的灵敏 度, 与采用传统磁传感芯片的磁传感器相比, 在同样的工作条件下, 本发明提供的磁传感器输出电压提高了 1倍, 达到 600mV, 灵敏度提 高了 3dB。
附图说明
图 1为传统的磁传感器芯片的结构图;
图 2为传统的磁传感器芯片的磁滞回线的曲线图
图 3为本发明实施例一所述磁传感器芯片的部分 构图; 图 4为切口在磁敏感薄膜的宽度方向部分贯穿的 构图; 图 5为本发明实施例二所述磁传感器芯片的结构 ;
图 6为本发明实施例三所述磁传感器芯片的结构 ;
图 7为本发明实施例四所述磁传感器芯片的结构 ;
图 8为本发明实施例五所述磁传感器芯片的结构 ;
图 9为实施例一所述的磁传感器芯片的磁滞回线 曲线图。 具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技 术方案, 下面结 合附图对本发明提供的磁传感器芯片及其制作 方法进行详细描述。
本发明提供的磁传感器芯片包括基底 1、磁敏感薄膜 2以及导体 3, 导体 3设置于磁敏感薄膜 2的两端, 用于与设置在磁敏感薄膜 2 外部的其它部件(如导电电路) 电连接。 在所述磁敏感薄膜 2的长度 方向上间隔设置有 n个能够实现分段抑制退磁场的抑制单元, 其中, n为 2的整数。
其中,磁敏感薄膜 2可以是各向异性磁电阻薄膜、巨磁电阻薄膜 隧道磁电阻薄膜, 抑制单元可以为切口、 抑制导体、 加热体、 硬磁体 或者掺杂段。
在磁传感器芯片的表面 (导体 3 除外) 还可以制作保护膜, 以 防止磁敏感薄膜 2和 /或电连接体被腐蚀、 氧化或短路。 保护膜可以 是二氧化硅膜、 氧化铝膜、 氮化硅膜、 陶瓷膜、 聚酰亚胺膜或环氧树 脂膜。
基底 1 可以采用氧化后的硅片, 或者采用玻璃等能够作为传感 器基底的其它材料。
需要说明的是, 本发明提及的磁敏感薄膜的上表面, 是指将基 底水平放置时磁敏感薄膜向上的一面, 对应地, 磁敏感薄膜向下的一 面为下表面。在磁敏感薄膜宽度方向上, 有导体 3凸出的一侧为磁敏 感薄膜的内侧, 与之对应一侧为外侧。 实施例一
图 3 为本发明实施例一所述磁传感器芯片的结构图 。 请参阅图 3, 磁传感器芯片包括基底 1、 磁敏感薄膜 2、 导体 3以及保护膜 (图 中未示出) , 导体 3设置于磁敏感薄膜 2的两端, 用于与设置在磁敏 感薄膜 2外的其它部件电连接。 抑制单元为切口 4, 切口 4在所述磁 敏感薄膜 2的厚度方向和宽度方向完全贯穿, 而且, 在切口 4内部设 有电连接两个相邻的所述短磁敏感薄膜 21的电连接体 41。通过切口 4将所述磁敏感薄膜 2分割成 n+1段短磁敏感薄膜 21。由于短磁敏感 薄膜 21在水平面上投影的长宽比较小, 其可以减小磁传感器芯片的 磁滞现象, 进而提高磁传感器芯片的灵敏度。 电连接体 41是由导电 材料制成。 如图 3所示, 电连接体 41可以将切口 4完全填充, 也可 以仅填充切口 4的一部分或切口 4靠近短磁敏感薄膜 21的上表面区 域, 如仅填充切口 4靠近短磁敏感薄膜 21的上表面区域, 从而使切 口 4内形成空气隙。 不难理解, 电连接体 41也可以仅填充切口 4靠 近短磁敏感薄膜 21的下表面区域、 内侧区域或外侧区域。
切口 4 在水平面上的投影的形状可以为矩形、 圆形、 椭圆形、 哑铃形、 纺锤形、 鼓形、 平行四边形、 三角形或多边形。
需要说明的是, 所述切口 4也可以在磁敏感薄膜 2 的厚度方向 和 /或宽度方向部分贯穿, SP, 在磁敏感薄膜 2的厚度方向完全贯穿, 而在所述磁敏感薄膜 2的宽度方向部分贯穿;或者所述切口在所述 敏感薄膜 2的厚度方向部分贯穿,而在所述磁敏感薄膜 2的宽度方向 完全贯穿;或者所述切口在所述磁敏感薄膜 2的厚度方向和宽度方向 均部分贯穿。 当切口 4仅在所述磁敏感薄膜 2的厚度方向和 /或宽度 方向部分贯穿时, 磁敏感薄膜 2已经保持电连接, 因此, 不再需要导 电材料填充切口 4。但这并不表示当切口 4在磁敏感薄膜 2的厚度方 向和 /或宽度方向部分贯穿时, 切口 4不能填充导电材料, 用导电材 料填充切口 4同样能够实现本发明的目的。也就是说, 用绝缘材料或 导电材料填充切口 4或者不填充同样可以实现本发明的目的。
图 4为切口在磁敏感薄膜 2 的宽度方向部分贯穿的结构图。 如 图 4所示, 切口 4设置在磁敏感薄膜 2的宽度方向的中部。
本实施例借助切口对切口所在位置的磁敏感薄 膜部分的磁敏感 效应进行抑制, 以分段抑制所述磁敏感薄膜 2的退磁场, 从而减小、 甚至消除所述磁敏感薄膜 2的磁滞现象,进而提高磁传感器芯片的灵 敏度。 实施例二
图 5 为本发明实施例二所述磁传感器芯片的结构图 (所述芯片 两端用于电连接的导体 3该图中未标出) 。 请参阅图 5, 抑制单元为 采用导电材料制成的抑制导体 6, 抑制导体 6设置于所述磁敏感薄膜 2的上表面, 并与设置在所述磁敏感薄膜外的电源连接。 抑制导体 6 可以贯穿磁敏感薄膜宽度的全部, 或仅贯穿磁敏感薄膜宽度的部分。 当然, 抑制导体 6也可以设置在所述磁敏感薄膜 2的下表面和 /或内 侧和 /或外侧。 当抑制导体 6与电源电连接后, 即抑制导体 6内通入 电流时, 与抑制导体 6相对的磁敏感薄膜部分的磁敏感效应被减弱 从而实现所述磁敏感薄膜 2的退磁场的分段抑制, 从而减小、甚至消 除所述磁敏感薄膜 2的磁滞现象, 进而提高磁传感器芯片的灵敏度。
在抑制导体 6与所述磁敏感薄膜 2之间还可以设置绝缘体 61, 即绝缘体 61 设置在磁敏感薄膜 2 的表面, 抑制导体 6将绝缘体 61 覆盖, 即, 绝缘体 61被夹在抑制导体 6和所述磁敏感薄膜 2之间; 或者在抑制导体 6的表面设置绝缘体 61,绝缘体 61将抑制导体覆盖, 即抑制导体 6被夹在绝缘体 61和所述磁敏感薄膜 2之间。 当抑制导体 6设置在所述磁敏感薄膜 2下表面时, 为了制作磁 敏感薄膜 2, 需要用填充物将相邻抑制导体 6之间凹区填平, 以获得 制作所述磁敏感薄膜 2的平整表面。 实施例三
图 6 为本发明实施例三所述磁传感器芯片的结构图 (所述芯片 两端用于电连接的导体 3该图中未标出) 。 请参阅图 6, 抑制单元为 加热体 7, 加热体设置于所述磁敏感薄膜 2的上表面。 当然, 加热体 7可以设置在所述磁敏感薄膜 2 的上表面和 /或下表面和 /或内侧和 / 或外侧。加热体 7可以对与其相对的磁敏感薄膜部分的磁敏感 应进 行抑制, 实现所述磁敏感薄膜 2的退磁场分段抑制, 从而减小、 甚至 消除所述磁敏感薄膜 2 的磁滞现象, 进而提高磁传感器芯片的灵敏 度。
在所述加热体 7的外侧还设有隔热体 71,所述隔热体 71覆盖所 述加热体 7, 即加热体 7夹在隔热体 71和所述磁敏感薄膜 2之间。 借助隔热体 71可以使加热体 7产生的热量集中到磁敏感薄膜 2, 在 减少热量损失的同时,提高与加热体相对的磁 敏感薄膜部分的磁敏感 效应的抑制作用。
当加热体 7设置在所述磁敏感薄膜 2下表面时, 为了制作磁敏 感薄膜 2, 需要用填充物将相邻加热体 7之间凹区填平, 以获得制作 所述磁敏感薄膜 2的平整表面。 实施例四
图 7 为本发明实施例四所述磁传感器芯片的结构图 (所述芯片 两端用于电连接的导体 3该图中未标出) 。 请参阅图 7, 抑制单元为 硬磁体 8, 所述硬磁体 8设置于所述磁敏感薄膜 2的内侧和外侧。 然 而, 硬磁体 8也可以设置在所述磁敏感薄膜 2的内侧或外侧, 或所述 磁敏感薄膜的上表面和 /或下表面。 而且硬磁体 8可以紧靠所述磁敏 感薄膜 2, 或与所述磁敏感薄膜 2相隔一定距离。 硬磁体 8可以对与 其相对的磁敏感薄膜部分的磁敏感效应进行抑 制,实现所述磁敏感薄 膜 2 的退磁场的分段抑制, 从而减小、 甚至消除所述磁敏感薄膜 2 的磁滞现象, 进而提高磁传感器芯片的灵敏度。
当硬磁体 8设置在所述磁敏感薄膜 2下表面时, 为了制作磁敏 感薄膜 2, 需要用填充物将相邻硬磁体 8之间凹区填平, 以获得制作 所述磁敏感薄膜 2的平整表面。 实施例五
图 8 为本发明实施例五所述磁传感器芯片的结构图 (所述芯片 两端用于电连接的导体 3该图中未标出) 。 请参阅图 8, 抑制单元为 设置在所述磁敏感薄膜 2内部的掺杂段 9。所述掺杂段完全贯穿所述 磁敏感薄膜 2的厚度方向和宽度方向;或者所述掺杂段在 述磁敏感 薄膜 2的厚度方向完全贯穿, 而在宽度方向部分贯穿; 或者所述掺杂 段在所述磁敏感薄膜 2 的厚度方向部分贯穿, 而在宽度方向完全贯 穿;或者所述掺杂段在所述磁敏感薄膜 2的厚度方向和宽度方向均部 分贯穿。
所述掺杂段内的掺杂物为碳、 氮、 氧、 硼、 氦、 磷、 铝、 锌或锡。 所述掺杂方法可以为热扩散、 离子注入、 等离子体掺杂、 投射式气体 浸入激光掺杂、 汽相掺杂、 离子淋浴惨杂、 金属离子惨杂或阴离子掺 杂。
图 9 为实施例一所述的磁传感器芯片的磁滞回线的 曲线图。 图 中, 横轴表示外加的磁场强度 (H ) , 纵轴表示磁化强度 (M ) 。 请参 阅图 9, 磁传感器芯片的磁滞回线基本重合, 即磁传感器芯片的矫顽 力接近零, 因此, '实施例一提供的磁传感器芯片的灵敏度较高 实施 例二至实施例五所述的磁传感器芯片的磁滞回 线的曲线图与图 9 基 本相同。
因此, 本发明提供的所述磁传感器芯片借助设置在所 述磁敏感 薄膜 2的长度方向上的抑制单元,可以使所述磁敏 薄膜 2实现退磁 场的分段抑制, 从而减小、 甚至消除所述磁敏感薄膜 2的磁滞现象, 进而提高磁传感器芯片的灵敏度。
此外, 本发明还提供一种磁传感器, 该磁传感器包括磁传感器 芯片,所述磁传感器芯片采用实施例一至实施 例五任意一种所述的磁 传感器芯片, 借助所述磁传感器芯片可以提高磁传感器的灵 敏度, 与 采用传统磁传感芯片的磁传感器相比, 在同样的工作条件下, 本发明 提供的磁传感器输出电压提高了 1倍,达到 600mV,灵敏度提高了 3dB。 可以理解的是, 以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而 采 用的示例性实施方式, 然而本发明并不局限于此。 对于本领域内的普 通技术人员而言, 在不脱离本发明的精神和实质的情况下,,可 以做出 各种变型和改进, 这些变型和改进也视为本发明的保护范围。