CN102288926A - 微机电磁传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种微机电磁传感器，该传感器包含一个参考单元和一个信号单元。参考单元和信号单元各自包含一个微机电磁阻器件可以测量磁场信号。参考单元和信号单元各自包含一个状态控制器可以将参考单元或者信号单元的工作状态设置在锁定状态和开启状态。该传感器的使用方法也在本发明中提供。

Description

微机电磁传感器

技术领域

该专利申请一般地涉及磁阻传感器，具体说，涉及微机电(MEMS)磁阻传感器。

背景技术

目前，基于微机电的磁阻传感器已经应用在很多领域。为简单起见，本文中的微机电磁传感器简称为磁传感器。在过去的几年里，磁阻传感器开始被用于生物分子学及相关领域，比如DNA分析和蛋白质分析等。在生物分子学及相关领域中应用的微机电传感器常常被称作生物传感器或者生物芯片，而同类应用的微机电磁传感器被称作磁性生物传感器或者磁性生物芯片。

作为示范性的例子，图1a，1b和1c示出了一个现有技术中的磁性生物传感器的截面。磁性传感器(98)包含衬底(96)和传感层(88)。衬底(96)包含电路。传感层包含参考单元(94)和信号单元(92)。信号单元(92)被指定用来测量目标磁场(目标磁性信号)，而参考单元(94)被指定用来为信号单元提供参考信号。这种参考信号的提供往往是通过惠斯通电桥(Wheatstone bridge)实现。在现有的相关技术中，这种参考单元往往被一层软磁材料(90)覆盖，以达到与目标磁场隔离的作用。可以看出，这样的设计使得在有效地磁隔离参考单元的同时，也将参考单元与目标磁场所在的环境隔离开(磁性隔离)。

图1b示出了图1a中传感器的俯视图。为清楚起见，该图中参考单元(94)和信号单元(92)以上的部分没有画出。参考单元(94)被一层软磁材料(90)所覆盖以达到磁性隔离参考单元的目的。在实际应用中，传感器常常组合在一起形成传感器阵列，如图1c所示。传感器阵列80包含多个同样的传感器如传感器98，86，84和82。这其中每一个传感器都可以是图1a中所示的磁传感器。

如上所述，当前的磁传感器尤其是磁性生物传感器大都使用软磁覆盖的方式将参考单元和所使用的环境磁隔离。这样的设计有能力为信号单元的测量结果提供一个相对稳定的参考信号。但是，实际应用的环境往往随时间变化。磁性隔离的参考单元往往不能够动态地监测到这些变化，最终所提供的参考信号存在一定的误差。这种误差最终给测量结果造成误差。实际上，由参考信号的误差所引起的测量误差在很多情况下会变的更严重。比如，在实际的应用中，目标磁场往往与其它附加磁场比如激发磁场和偏置场等同时存在。在众多的磁场信号中捕捉和测量目标磁场往往非常困难，非常容易产生测量误差。激发场、偏置场等任何一个磁场的随机的扰动都将增加测量的难度和误差。由于参考单元的磁隔离，参考单元无法提取到这些附加磁场以及它们在测量过程中的动态变化的信息，从而给目标信号的测量带来很大的难度，同时，也有可能给目标磁场的测量带来误差。

发明内容

在第一个例子中公开了一种微机电磁传感器，该传感器包含：衬底，该衬底包含一个电路；参考单元；该参考单元能够对磁场进行探测并且将探测到的磁场信号转化为电信号；第一状态控制单元与参考单元偶合，能够动态地将参考单元的状态进行锁定和开启；信号单元，该信号单元能够对磁场进行探测并且将探测到的磁场信号转化为电信号；和第二状态控制单元与信号单元偶合，能够动态地将信号单元的状态进行锁定和开启。

在第二个例子中公开了一个测量目标磁场的方法，该方法包含：提供一个传感器，该传感器包含一个信号单元和一个参考单元；初始化该传感器，包含：开启参考单元使得参考单元测量目标磁场中的环境磁场；和锁定参考单元；加入目标磁场；利用信号单元测量目标磁场；和利用参考单元的信号校验信号单元的测量值从而得出目标磁场校正后的测量值。

在第三个例子中公开了一个探测目标磁场的方法，该目标磁场由一个激发场诱导产生，该方法包括：提供一个传感器，该传感器包含一个参考单元和一个信号单元，该参考单元和信号单元各包含一个磁阻器件能够测量激发场和目标磁场；在传感器所在的空间里产生激发场而不产生目标磁场；利用参考单元对激发场进行测量；利用信号单元测量目标磁场；和利用参考单元的测量值对信号单元的测量值进行修正从而得出目标磁场的测量值。

附图说明

由以下结合附图的详细说明，本发明的各个示范性实施方式能够被更清楚地理解。

图1a示意性地示出现有技术中一个磁性传感器范例的截面图；

图1b示意性地示图1a中磁性传感器的俯视图；

图1c示意性地示出现有技术中一个磁性传感器阵列，该阵列包含多个图1a所示的磁性传感器；

图2示意性地示出本发明一个磁传感器实例的截面图；

图3示意性地示出本发明另一个磁传感器实例的截面图；

图4a和4b示意性地示出本发明一个状态控制单元，该单元可以用来锁定和开启图2所示磁性传感器中参考单元或者信号单元的传感状态；

图5和图6示意性地示出本发明另一个状态控制单元，该单元可以用来锁定和开启图2所示磁性传感器中参考单元或者信号单元的传感状态；

图7示意性地示出一种磁性材料的矫顽场和温度的关系，这种关系可以被实施在图4a，4b，5和6中所示的状态控制单元中；

图8图示了一个惠斯通电桥的范例，该惠斯通电桥可以被应用于连接如图2所示的磁传感器中参考单元和信号单元；

图9是图2中磁传感器的一个操作范例；

图10示意性地示出一个生物传感器在一个生物分子探测过程中的截面图，该生物传感器是如图2所示的磁传感器的一个实施范例；

图11是如图10所示的生物传感器的一个操作范例；

图12示意性示出一个磁隧穿器件(Magnetic-tunnel-junction，MTJ)的截面图，该磁隧穿器件被应用在如图2所示的磁传感器中；

图13示意性示出一个自旋阀器件(spin-valve，SV)的截面图，该自旋阀器件被应用在如图2所示的磁传感器中；

图14是一个俯视图，示意性地示出如图2所示的磁传感器中参考单元和信号单元的一个布局范例；

图15是一个俯视图，示意性地示出如图2所示的磁传感器中参考单元和信号单元的另一个布局范例；

图16是一个俯视图，示意性地示出如图2所示的磁传感器中参考单元和信号单元的另一个布局范例；以及

图17是一个俯视图，示意性地示出一个传感器阵列，该传感器阵列包含多个如图14和图15所示的磁传感器。

具体实施方式

下面结合附图详细介绍混合型MEMS装置组件的几个选定的例子。本领域技术人员会理解以下的介绍是为了说明的目的，不应理解为对本发明的限制。在本发明范围内的其他变化也是可行的。

参照图2，磁传感器100包含参考单元106和信号单元108。参考单元106和信号单元108设置在衬底102上。衬底102包含与参考单元和信号单元相关联的电路，比如负责控制参考单元和信号单元操作、负责与参考单元和信号单元进行数据交换(转换)的电路。

信号单元和参考单元能够各自独立地捕捉(探测)磁场信号并将捕捉到的磁场信号转化为其他形式的可测量的信号，比如电阻值的变化，电流的变化、电压的变化等类似的信号。在本说明书中，除非特别另指，“目标磁场”和“目标磁信号”是指那些磁传感器待测的磁场。比如在利用生物磁传感器探测生物分子及相关应用中，目标磁场或者目标磁信号指的是用来标识待测生物分子的纳米颗粒所产生的诱导磁场。目标磁场可以用信号单元测量，而参考单元为信号单元所测量的信号提供参考值。在以下的讨论中可以看到，在一些操作实例中，目标信号可以用参考单元测量，而信号单元为参考单元所测量的信号提供参考信号。

参考单元和信号单元可以具有同样的功能性结构或者其功能结构基于相同的磁场探测机理，比如磁隧穿结构(MTJ)、自旋阀结构(SV)或者其他形式的磁阻结构(MR)，比如具有巨磁阻效应的巨磁阻多层膜堆叠结构。参考单元和信号单元可以采用相同的材料(材料组)也可以通过相同的制备流程制备。参考单元和信号单元也可以具有相同的几何形状、几何尺寸。当然，信号单元和参考单元也可以在结构、探测机理、材料、制备方式、几何形状和几何尺寸等一个或者多个方面具有不同的特征。

如图2所示的截面图，在传感层中的参考单元和信号单元可以在空间上相互分离。参考单元和信号单元在传感层104中的各个功能部件在空间上被分离，没有共用或者相连的部分。在另外一些实施例中，参考单元和信号单元在传感层104中的一个或者多个功能部件可以被共用，这一点在以下参照图12的讨论中将会更详细地讨论。在这里，图3简单地演示了参考单元106和信号单元108共用一个或者多个功能部件的特点。

值得注意的是，参考单元和信号单元在功能上可以互换。也就是说参考单元可以用来提供参考信号，也可以用来测量目标磁场。同样信号单元可以用来测量目标信号也可以用来提供参考信号。在一个实际的测量中，参考单元和信号单元的实际功能由控制电路实现，而控制电路本身可以动态地改变。比如在一个测量中的某一段时间里，控制电路操控参考单元来提供参考信号，信号单元测量目标磁场。在同一个测量的另外一个时间段里，控制电路可以操控参考单元来测量目标磁场，而信号单元提供参考信号。通过功能的互换和对互换功能前后测量结果的对比处理，测量的精确度可能被进一步被提高。本发明中磁传感器的这种特点在磁传感器的结构上对应于-磁传感器中的参考单元和信号单元相对于目标磁场(以及环境中与目标磁场共存的其他磁场)在功能上是一致的。这一点可以通过与如图1a中所示的当前现有技术中磁传感器的比较得到更加清楚的理解。如图1a所示，当前现有技术中的磁传感器中，参考单元被软磁材料覆盖，从而与环境中的磁场隔离，而信号单元暴露在环境磁场中，用来测量环境中的目标磁场。这种结构使得参考单元和信号单元在功能上完全不同，不能够实现功能互换。而如图2所示的本发明的一个范例中，本发明的参考单元和信号单元可以实现功能互换，这种功能互换在单元结构上来源于参考单元和信号单元结构等价-尤其是参考单元和信号单元都暴露在环境磁场中，并可以对环境中的磁场进行测量。参考单元和信号单元的功能互换在操作上通过对参考单元和信号单元状态的控制实现。

在本发明中，参考单元和信号单元每一个至少包含两种状态：锁定状态和开启状态。在开启状态，信号单元(或者参考单元)可以测量磁场。在锁定状态，信号单元(或者参考单元)锁定其当时的一个或者多个状态特性比如电阻(如磁阻)或者其内部一个或者多个功能部件的状态例如磁阻结构(如磁隧穿和自旋阀等)中自由层(或者叫存储层)的磁化方向。

参考单元和信号单元的两种状态在结构上可以通过多种方法实现，作为一个实例，图4a和4b以参考单元为例展示了其中一种方法，信号单元可以采用同样或类似的方法在结构上实现状态控制。如图4a所示，参考单元106包含一个状态控制单元114。该状态控制单元的一个实施例展示在图4b。在图4b所示的实施例中，参考单元106是一个磁隧穿器件(MTJ)，包含自由层114、钉扎层130和夹在自由层和钉扎层之间的隧穿层128。自由层114在被用作测量磁场信号的同时也被用作状态控制单元。

自由层114是一个导电磁性层，其阻隔温度(blocking temperature)T_B高于参考单元106的工作温度RT(比如室温)。尽管不是必须，钉扎层130的阻隔温度等于或高于自由层的阻隔温度。自由层114连接到一个热源或者电流源可以实时地升高自由层的温度。当参考单元的自由层的温度低于其阻隔温度的时候，该自由层的磁化状态不受外界磁场(比如目标磁场)的影响，因此参考单元的所表现出的磁阻值不发生变化，该参考单元因此被称为处于“锁定状态”。当参考单元的自由层的温度等于或者高于其阻隔温度的时候，该自由层的磁化状态受到外界磁场(比如目标磁场)的影响，并决定于外加磁场，因此参考单元的所表现出的磁阻值有可能发生变化，该参考单元因此被称为处于“开启状态”。自由层的磁化状态与温度的关系示意性的表示在图7中。

参考图7，自由层的矫顽场随温度的升高而降低。在传感器的工作温度RT，自由层的矫顽场为H₀。H₀高于目标磁场和目标磁场所在空间范围内其他磁场(比如激发场、偏置场等)的最大值。当自由层的温度达到其阻隔温度T_B的时候，自由层的矫顽场下降到H_NP。H₀等于或小于目标磁场和目标磁场所在空间范围内其他磁场(比如激发场、偏置场等)的最大值。值得指出的是，自由层矫顽力随温度的变化是可逆的。当温度降低的时候，自由层的矫顽力升高。比如，当自由层的温度从T_B下降到RT的时候，其矫顽场从H_NP升高到H₀。在一个实例中，通过对自由层通入电流的方式可以升高自由层的温度。撤销电流后，自由层将会自然冷却降低温度。

温度的改变直接改变自由层的矫顽场，从而实现参考单元在“锁定状态“和”开启状态“之间的转换。利用锁定状态和开启状态以及两种之间的转换，可以实现参考单元和信号单元对目标磁场的测量、对环境中附加磁场的动态测量以及对目标磁场侧量结果动态的修正。最终提供精确的对目标磁场的测量结果。以上以参考单元为例并参照图4a和4b讨论的状态控制实例可以同样的被应用在信号单元中，这里不再重复。

作为另一个实例，如图5所示，参考单元106的状态控制可以通过外部独立于参考单元的控制单元110实现。这种外部的状态控制单元110可以通过许多种方式实现。作为示意，图6展示了一个控制参考单元106状态的外部控制单元110。在这个实例中，参考单元106是一个磁隧穿器件。

参考图6，外部状态控制单元110是一个“硬磁层，”被放置在参考单元106的附近，比如在自由层114可以探测到的范围里。硬磁层110可以镀在自由层上面。作为一个选择，硬磁层与自由层之间可以放置一个导电的热绝缘层以起到隔热的作用。如图4a和4b所示的自由层(114)一样，硬磁层110也具有阻隔温度和随温度变化的矫顽场。随着温度的升高，硬磁层110的矫顽场下降。在正常工作温度如室温下，硬磁层110表现出高的矫顽场，使得硬磁层110的磁化方向不受目标磁场和附加场以及其他环境磁场的影响。这时候的参考单元处于“锁定”状态。升高硬磁层110的温度，比如通过加电流等方式，硬磁层110的矫顽场降低。当温度升高到或者高于阻隔温度的时候，硬磁层的矫顽场等于或者小于目标磁场、附加场以及其他环境磁场。这时候的参考单元处于“开启状态”。硬磁层110同样可以应用到信号单元中控制信号单元的状态。

参考单元106和信号单元108可以用惠斯通电桥(Wheatstone bridge)连接，一个范例展示在图8中。参考单元和信号单元的输出可以连接到一个放大器的输入端对信号进行放大。

作为示意，图9展示了一个如图2所示的磁传感器100的操作范例。参考图9，传感器100先被初始化。在初始化的过程中，待测的目标磁场被“关闭”，参考单元和信号单元被开启。参考单元和信号单元的开启可以通过加热(比如通电流)使得参考单元和信号单元中的自由层或者硬磁层的温度高于其阻隔温度。目标磁场所在环境信息，比如环境中的附加磁场等信息可以通过参考单元收集。根据收集到的环境信息，传感器的实时“动态平衡点”可以被确定。当传感器使用惠斯通电桥连接参考单元和信号单元的时候，惠斯通电桥的实时平衡点可以对应于这种动态平衡点。当环境中其他磁场，比如目标磁场加入环境中的时候，这种动态平衡被破坏，该其他磁场因此可以被探测。

初始化结束的时候，参考单元被锁定，而信号单元被开启。锁定参考单元可以通过比如撤销加热电流实现。加热电流被撤销后，参考单元中的自由层或者硬磁层冷却，其温度低于阻隔温度。在初始化过程中探测到的状态将被“锁定”在参考单元中，参考单元的输出状态(比如磁阻)仍然由上一个开启状态(初始化过程)决定。

参考单元被锁定之后，目标磁场被开启。信号单测量该目标信号。信号单元的测量通过参考单元的测量值进行修正，以提高对目标磁场测量的精度。

传感器100在生物分子中的一个具体使用实例展示在图10和图11中。参考图10，传感器100在本实例中实施成为一个生物传感器，包含衬底102，参考单元106，信号单元108，硬磁层114，硬磁层116和生物薄膜122。该生物传感器的工作原理是基于分子的配对原则。探针分子被预先放置在生物薄膜122上。待测的生物分子被纳米磁性颗粒124标识。

实验中，将待测的生物分子放置在生物薄膜上，与生物探针进行杂化反应。如果待测的生物分子与生物探针发生杂化，说明生物分子与生物探针是配对的。根据生物探针已知的生物信息(结构等)可以推断出待测生物分子的信息。利用生物传感器测量生物分子的关键在于探测生物探针与待测生物分子是否发生杂化。这种探测是通过测量待测生物分子的磁性纳米颗粒达到的。而磁性纳米颗粒的量化探测是通过生物传感器100实现的。换句话说，如果传感器100探测到纳米颗粒124，说明待测生物分子和生物探针发生了杂化。否则，待测生物分子与生物探针没有发生杂化-即待测生物分子与已知的生物探针是不匹配的。因此，利用生物传感器100探测生物分子的问题最终归结到定量的探测纳米颗粒124。在实际应用中，用来标识待测生物分子的纳米颗粒124的尺寸最好与生物分子的尺寸相匹配，也就是说，磁性纳米颗粒的尺寸最好在20纳米以下。而尺寸在20纳米以下的磁性纳米颗粒通常表现为超顺磁性。测量中需要激发场Hext磁化纳米颗粒。磁化的纳米颗粒产生诱导磁场。纳米颗粒的量化测量就是通过探测这种诱导磁场来实现的。可以看出，纳米颗粒的诱导磁场与激发场Hext同时存在。实际测量中往往还有另外一些附加磁场如偏置场等。生物传感器100的测量目的就是精确地提取并测量磁化后纳米颗粒124的磁场。图11展示了一个测试方法流程。

参照图12并结合图11，传感器100首先被初始化。在初始化最好发生在放置纳米颗粒124到传感器100之前，这个时候，传感器100的工作环境中不存在纳米颗粒124的诱导磁场。初始化开始后，激发场H_ext(以及其它磁场如偏置场等)被打开。参考单元106和信号单元108处于开启状态。传感器100探测环境磁场包含激发场及其他磁场如偏置场等。根据测定的环境磁场，传感器100可以(并不是一定要求)确定其工作平衡点。初始化之后，参考单元被锁定，而信号单元处于开启状态。

参考单元的状态被锁定之后，纳米颗粒被放置到传感器表面。在激发场的激发下，纳米颗粒产生诱导磁场。信号单元108负责测量这个诱导磁场。信号单元测量完毕后，信号单元的状态被锁定。这时候，激发场可以被撤除也可以保留。参考信号的测量结果被作为参考信号对信号单元的测量结果进行实时的修正。被修正后的信号单元的测量结果就是纳米颗粒的磁场。根据测量到的纳米颗粒的磁场值，可以确定纳米颗粒的存在与否和多少，从而推断出待测生物分子的特征。

由于参考单元和信号单元在功能上的可互换性，一些实际测量可以互换参考单元和信号单元探测纳米颗粒的磁场以提高精确性。比如，在一个测量周期结束后(如上讨论)，可以进行一个校准周期。在校准周期里，参考单元被用于测量纳米颗粒的磁场，而信号单元则被用于测量激发场及其他场如偏置场等。测量周期和校准周期的结果通过比较和校准，可以更进一步提高测量精度。

传感器100的参考单元和信号单元在结构上有多种选择，其中一种是MTJ磁隧穿结构，如图12所示。参考图12，传感器100包含参考单元106和信号单元108。参考单元106包含上电极124，自由层126，隧穿层128，钉扎层130以及下电极132。信号单元108包含上电极134，自由层136，隧穿层128，钉扎层130以及下电极132。在这个实施例中，参考单元106和信号单元108共用隧穿层128、钉扎层130和下电极132。在其他一些实施例中，参考单元和信号单元可以有各自的功能层，这里不再赘述。

传感器100的参考单元106和信号单元108也可以采用自旋阀SV结构，如图13所示。参考图13，传感器100包含参考单元106和信号单元108。参考单元106和信号单元108在这个实施例中表现为自旋阀结构。具体来说，参考单元106包含自由层138、隔离层140、钉扎层142以及左右电极144和146。信号单元108包含自由层139、隔离层141、钉扎层143以及左右电极146和148。参考单元106和信号单元108上覆盖的生物薄膜没有表示在图中是为了方便和简单起见。

参考单元106和信号单元108在传感器中的相对几何位置原则上可以随意选择。其中一种选择如图14所示的俯视图。参考图14，传感器以及参考单元106和信号单元108在该俯视图中大致呈矩形。参考单元106和信号单元108大致平行-比如沿着长边的对称轴大致平行。参考单元106和信号单元108的沿长边的对称轴与传感器100的沿长边的对称轴也大致平行。参考单元106和信号单元108的沿长边的对称轴也可以与传感器100的沿短边的对称轴平行，如图15中的俯视图所示。图5中，参考单元106和信号单元108相互平行。

实际上，参考单元和信号单元相对于传感器可以任意放置，比如如图16的俯视图所示，参考单元106和信号单元108相互平行。参考单元和信号单元的长轴方向与传感器100的一个对角线垂直。值得注意的是，参考单元106和信号单元108不一定相互平行。

在许多实际应用中，众多的传感器100按照行和列排列成一个点阵，这样的点阵通常被称为传感器阵列(生物传感器阵列、或者生物传感器阵列芯片)。在这样的一个阵列中，每一个传感器是一个阵点，或者叫测试阵点。在每个阵点上可以进行一种/一个测量。由于传感器阵列中的每一个阵点可以独立操作，传感器阵点上的测量也可以是互相独立。为了消除阵点之间，尤其是近邻阵点之间的信号干扰，比如来自于近邻的磁场干扰，相邻阵点上参考单元和信号单元的空间排列可以有所差别。作为一个演示，图17展示了一个传感器阵列的一部分。

参考图17，该传感器阵列包含四个阵点A₁₁，A₁₂，A₂₁，A₂₂。对于阵点A₁₁来说，阵点A₁₂和A₂₁是最近邻。参考单元106和信号单元108在阵点A₁₁中的排列可以大体上与他们在阵点A₁₂和A₂₁中相互垂直，如图17所示。

本领域技术人员能够理解，以上的讨论的目的是为了介绍，上面所举的例子是许多可能的例子中的一部份，其他的变型也是可行的。

本说明书中提到的“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”等，其含义是，结合该实施例描述的具体特性、结构或特征包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书各处出现的这种短语不一定是指同一个实施例。另外，当结合任何实施例描述具体特性、结构或特征时，这意味着本领域技术人员能够该特性、结构或特征应用于其他的实施例中。而且，为了易于理解，一些方法步骤被描述为独立的步骤；但是，这些独立描述的步骤不应被认为必须按照一定的顺序执行。也就是说，一些步骤同时也可以按照另外的顺序执行。此外，示例性的示图显示了根据本发明实施例的各种方法。这里的这种示例性方法实施例是利用相应的装置实施例来描述的，并可以应用于这些相应的装置实施例。但是，这些方法实施例不是为了限制本发明。

虽然这里展示和说明了本发明的几个实施例，但本领域技术人员能理解，可以对这些实施例进行改变而不脱离本发明的原则和精神。因此，以上的各实施例从任何意义上讲都应被认为是说明性的而不是对这里所描述的本发明的限制。本发明的范围由所附的权利要求书而不是上述说明书限定。在说明书的等价描述的含义和范围内的所有变化都包含在本发明的范围中。在本说明书中使用的术语“优选”不是排它的，其含义是“优选为但并不限于”。权利要求书中的术语，在与说明书所描述的本发明的一般概念一致的情况下，应按照它们的最宽范围解释。例如，术语“连接”和“耦合”(及其派生词汇)意味着直接和间接的连接/耦合。作为另一个例子，“具有”和“包括”及其派生词和变异词或词组都和“包含”具有相同的意思(即，都是“开放式”术语)-只有词组“由...构成”和“实质上由...构成”应被认为是“关闭式”的。不应按照112条第6款解释权利要求书，除非词组“意味着”和相关的功能出现在某项权利要求中，并且该权利要求没有描述充分的结构来执行该功能。

Claims (15)

1.一种微机电磁性传感器，包括：

一个衬底，该衬底包含一个电路；

参考单元，该参考单元能够对磁场进行探测并且将探测到的磁场信号转化为电信号；

第一状态控制单元与参考单元偶合，能够动态地将参考单元的状态进行锁定和开启；

信号单元，该信号单元能够对磁场进行探测并且将探测到的磁场信号转化为电信号；和

第二状态控制单元与信号单元偶合，能够动态地将信号单元的状态进行锁定和开启。

2.如权利要求1所述的微机电磁性传感器，其中，参考单元包含一个磁阻结构，该磁阻结构包含一个自由层，该自由层连接到一个加热装置可以使该自由层温度等于或者高于该自由层的阻隔温度，而该自由层就是第一状态控制单元。

3.如权利要求1所述的微机电磁性传感器，其中，第一状态控制单元是一个硬磁层，该硬磁层的阻隔温度高于室温。

4.如权利要求2所述的微机电磁性传感器，其中，该参考单元和信号单元包含自旋阀结构或者磁隧穿结构。

5.如权利要求3所述的微机电磁性传感器，其中，该参考单元和信号单元包含自旋阀结构或者磁隧穿结构。

6.一种传感器阵列，该传感器阵列包含多个如权利要求1所述的微机电磁性传感器。

7.一种测量目标磁场的方法，该方法包括：

提供一个传感器，该传感器包含一个信号单元和一个参考单元；

初始化该传感器，包括：

开启参考单元使得参考单元测量目标磁场中的环境磁场；和

锁定参考单元；

加入目标磁场；

利用信号单元测量目标磁场；和

利用参考单元的信号校验信号单元的测量值从而得出目标磁场的测量值。

8.如权利要求7所述的方法，其中，参考单元和信号单元各自包含一个磁阻器件，该磁阻器件可以探测目标磁场。

9.如权利要求8所述的方法，其中，目标磁场和一个附加磁场共存，在初始化的过程中，该附加磁场存在于传感器所在的空间，但是目标磁场不存在，而在初始化过程结束后以及参考单元被锁定之后，目标磁场出现在该传感器所在的空间。

10.一种探测目标磁场的方法，该目标磁场由一个激发场诱导产生，该方法包括：

提供一个传感器，该传感器包含一个参考单元和一个信号单元，该参考单元和信号单元各包含一个磁阻器件能够测量激发场和目标磁场；

在传感器所在的空间里产生激发场而不产生目标磁场；

利用参考单元对激发场进行测量；

锁定参考单元；

利用激发场产生目标磁场；

利用信号单元测量目标磁场；和

利用参考单元的测量值对信号单元的测量值进行修正从而得出目标磁场的测量值。

11.如权利要求10所述的方法，其中，磁阻器件是自旋阀或者磁隧穿器件。

12.如权利要求11所述的方法，其中，磁阻器件包含的自由层连接到一个热源可以将该自由层的温度升高到等于或高于该自由层的阻隔温度，而该自由层的阻隔温度高于室温。

13.如权利要求11所述的方法，其中，每一个磁阻器件包含一个硬磁层，该硬磁层连接到一个热源可以将该硬磁层的温度升高到高于其阻隔温度的温度。

14.如权利要求13所述的方法，其中，该硬磁层放置在磁阻器件中自由层的上面，并和自由层之间以一个热绝缘层相隔。

15.如权利要求11所述的方法，其中，该信号单元和参考单元连接到一个惠斯通电桥。

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