CN103090888A - 带有旁路层的磁传感器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有旁路层的磁传感器，其包括传感磁条，其为一体式结构；数个旁路层，其电阻率低于所述传感磁条的电阻率，分别形成在所述传感磁条的长度方向上且两者之间没有任何物理分隔物，每两个相邻的所述旁路层之间有间距；以及两个电极，其分别形成在所述传感磁条的两端。本发明还公开了一种磁传感器的制造方法。

Description

带有旁路层的磁传感器及其制造方法

技术领域

本发明涉及传感器领域，尤其涉及一种带有旁路层的磁传感器及其制造方法。

背景技术

传感器是一种物理装置，其能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、湿度）和/或化学组成（如烟雾），并将上述信息转换成电信号以传递给其它装置。磁传感器就是其中的一种传感器。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。由于磁传感器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。

在一些特定的磁传感应用中, 有必要用长条形磁传感元件来感应按空间分布的磁场。长条形磁传感元件也有利于取得低能耗所要求的高电阻值。长条形磁条因其长轴与短轴退磁系数不同而通常磁矫顽力较大，且具有比较严重的磁滞现象。为了克服大矫顽力, 通常要附加磁回路层, 硬磁或是电流偏压层，但是这些附加层不但增加了工艺复杂性和成本, 还降低了磁传感器的灵敏度。为了克服大矫顽力, 通常要附加磁回路层, 硬磁或是电流偏压层。但是这些附加层不但增加了工艺复杂性和成本, 还降低了磁传感器的灵敏度。

因此，一种改进式的设计是将数个独立的磁传感器元件排成一列。图1展示了现有的磁传感器的示意图。磁传感器1包括磁传感器薄膜11，并将其切割成数个隔离开的排成列的磁传感器元件111，以及数个传导层12，每个传导层12连接相邻的两个磁传感器元件111。磁传感器1还包括两个电连接触点14，以及数个切口13。数个切口13是用来间隔各个通过其间的传导层12连接的磁传感器元件111，传感器1的磁滞现象有所缓解。然而，由于传感器元件是间隔开的，单个的传感器元件的形状各向异性会随长短轴方向的变化而改变。且，其应力各向异性亦会随干湿法蚀刻所造成的应力释放而变化。这些变化会对矫顽力、各向异性场或降低低灵敏度产生负作用。且，磁传感器元件的隔离设置削弱了其抗静电能力以及削弱了磁传感器的抗疲劳时效特性。图2展示了现有技术中磁传感器的较大的矫顽力。

因此，亟待一种改进型的带有旁路层的磁传感器来减小其矫顽力，以及一种相应的磁传感器的制造方法，以克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁传感器，其具有数个形成在传感磁条上的旁路层。由于其上层叠有旁路层的传感磁条部分并不工作，以及传感磁条具有一体式结构，因此磁传感器具有较低的矫顽力和高灵敏度，以及高抗静电能力和抗疲劳时效特性。

本发明的另一目的在于提供一种磁传感器的制造方法，该磁传感器具有数个形成在传感磁条上的旁路层。由于其上层叠有旁路层的传感磁条部分并不工作，以及传感磁条具有一体式结构，因此磁传感器具有较低的矫顽力和高灵敏度，以及高抗静电能力和抗疲劳时效特性。

为了达到上述目的，本发明提供了一种带有旁路层的磁传感器，其包括：传感磁条，其为一体式结构；数个旁路层，其电阻率低于所述传感磁条的电阻率，分别形成在所述传感磁条的长度方向上且两者之间没有任何物理分隔物，每两个相邻的所述旁路层之间有间距；以及两个电极，其分别形成在所述传感磁条的两端。

在本发明的一个实施例中，所述传感磁条的宽度与任何两个相邻的所述旁路层之间的间距的比率在0.8-1.2的范围内。

较佳地，所述传感磁条的宽度与任何两个相邻的所述旁路层之间的间距相同。这样，磁传感器获得了较低的矫顽力以及高灵敏性。

在本发明的另一个实施例中，所述旁路层为环状并在垂直于所述传感磁条的长度方向上包覆所述传感磁条。

在本发明的另一个实施例中，所述旁路层为正方形、长方形或者椭圆形，并层叠于所述传感磁条上。

在本发明的另一个实施例中，所述旁路层的材料包含金、铜或者银。

在本发明的另一个实施例中，所述传感磁条是异磁阻、巨磁阻或者隧道磁阻。

在本发明的另一个实施例中，所述磁传感器还包括数个分别夹设在所述旁路层和所述传感磁条之间的引晶层，以提高所述旁路层和所述传感磁条之间的附着力。

较佳地，所述引晶层包括铬、钛或者钽。

在本发明的另一个实施例中，所述磁传感器还包括具有绝缘材料且其上形成有所述传感磁条的衬底层，以及其上形成有所述衬底层的基底。

在本发明的另一个实施例中，所述衬底层包括氧化铝或者氧化硅，所述衬底层包括硅、氧化镁、红宝石、铝钛碳或者玻璃。

在本发明的另一个实施例中，所述磁传感器上包覆着保护层，所述保护层包括氧化铝、氧化硅、油墨或者聚酰亚胺。

为了达到上述目的，本发明提供了一种磁传感器的制造方法，包括提供基底；在所述基底上沉积一磁传感器薄膜，将所述磁传感器薄膜蚀刻成数条传感磁条，每一所述传感磁条均为一体式结构；在所述传感磁条上沉积旁路薄膜且两者之间没有任何物理分隔物，将所述旁路薄膜图形化成数个旁路层，所述旁路层的电阻率低于所述传感磁条的电阻率，所述旁路层分别形成在所述传感磁条的长度方向上，每两个相邻的所述旁路层之间有间距；在所述传感磁条的两端分别沉积电极。

在本发明的一个实施例中，所述传感磁条的宽度与任何两个相邻的所述旁路层之间的间距的比率在0.8-1.2的范围内。

在本发明的另一个实施例中，所述传感磁条的宽度与任何两个相邻的所述旁路层之间的间距相同。

在本发明的另一个实施例中，蚀刻所述磁传感薄膜为干法蚀刻或者湿法蚀刻。

在本发明的另一个实施例中，图形化所述旁路薄膜为通过光掩膜来干法蚀刻或者湿法蚀刻。

在本发明的另一个实施例中，所述旁路层为环状并在垂直于所述传感磁条的长度方向上包覆所述传感磁条。

在本发明的另一个实施例中，所述旁路层为正方形、长方形或者椭圆形，并层叠于所述传感磁条上。

在本发明的另一个实施例中，所述旁路层的材料包含金、铜或者银。

在本发明的另一个实施例中，所述传感磁条是异磁阻、巨磁阻或者隧道磁阻。

在本发明的另一个实施例中，所述磁传感器还包括数个分别夹设在所述旁路层和所述传感磁条之间的引晶层，以提高所述旁路层和所述传感磁条之间的附着力。

在本发明的另一个实施例中，所述引晶层包括铬、钛或者钽。

在本发明的另一个实施例中，所述磁传感器还包括具有绝缘材料且其上形成有所述传感磁条的衬底层，以及其上形成有所述衬底层的基底。

较佳地，所述衬底层包括氧化铝或者氧化硅，所述衬底层包括硅、氧化镁、红宝石、铝钛碳或者玻璃。

在本发明的另一个实施例中，所述磁传感器上包覆着保护层，所述保护层包括氧化铝、氧化硅、油墨或者聚酰亚胺。

本发明还提供了另外一种磁传感器的制造方法，一种磁传感器的制造方法，包括步骤：提供基底；在所述基底上沉积一磁传感器薄膜，将所述磁传感器薄膜蚀刻成数条传感磁条，每一所述传感磁条均为一体式结构；在所述传感磁条上直接设置光掩膜，所述光掩膜上有数个特定区域可暴露出所述传感磁条，继而将一旁路薄膜沉积到且覆盖整个所述光掩膜，数个旁路层形通过所述光掩膜上的所述特定区域形成在所述传感磁条上，且旁路层与传感磁条之间没有任何物理分隔物，所述旁路层的电阻率低于所述传感磁条的电阻率，所述旁路层分别形成在所述传感磁条的长度方向上，且每两个相邻的所述旁路层之间有间距；以及在所述传感磁条的两端分别沉积电极。

与现有技术相比，该磁传感器具有一体式结构以及数个形成在传感磁条上的旁路层。由于其上层叠有旁路层的传感磁条部分并不工作，以及传感磁条具有一体式结构，因此磁传感器具有较低的矫顽力和高灵敏度，以及高抗静电能力和抗疲劳时效特性。

通过以下的描述并结合附图，本发明的技术内容、构造特征、所达目的及效果将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。

附图说明

图1是现有的磁传感器的结构示意图。

图2是现有的磁传感器的矫顽力的示意图。

图3是本发明一实施例中磁传感器的结构示意图。

图4是本发明另一实施例中磁传感器的结构示意图。

图5是本发明又一实施例中磁传感器的结构示意图。

图6是本发明实施例中磁传感器的矫顽力的示意图。

图7是本发明磁传感器的制造方法的流程图。

具体实施方式

以下将结合附图描述本发明的各个实施例，其中，各个附图中相同的标记表示相同的元件。本发明中的磁传感器用于感应空间分布的磁场信号。

参照图3，磁传感器20包括传感磁条21，数个旁路层22以及电极23。传感磁条21具有一体式结构，即其间没有任何物理式地分隔成数个部分。传感磁条21是异磁阻、巨磁阻或者隧道磁阻。数个旁路层22分别形成在传感磁条21的长度方向上，且旁路层与传感磁条之间没有任何物理分隔物，每两个相邻的旁路层22之间有间距。在本实施例中，旁路层22形成在传感磁条21上且两者之间没有任何物质间隔。旁路层22是由低电阻率的材料制成，其电阻率低于传感磁条21的电阻率，且旁路层22层压于并且电连接于所述传感磁条21。较佳地，任何两个相邻的旁路层22之间的间距相等。旁路层22的材料由金、铜或银构成。须注意的是，旁路层的材质采用参照传感磁条的材质而得。两个电极23 分别形成在传感磁条21的长度方向上的两端。且，电极23的材料是金或者铜。电极23用于将磁传感器电连接外部器件。

参考图3，较佳地，磁传感器的宽度与任何两个相邻的旁路层之间的间距的比率在0.8-1.2的范围内，因而获得较低的矫顽力。在本实施例中，传感磁条的宽度与任何两个相邻的旁路层之间的间距相等；因此，磁传感器具有低矫顽力且具有高灵敏度。参考图6，与图2所示的磁传感器的矫顽力相比，由于图6所示的传感磁条具有一体式结构，该传感磁条通过形成在其上的旁路层而分隔成数个元件，特别是由于传感磁条的宽度与任何两个相邻的旁路层之间的间距相等，因此得到本发明中图6所示的矫顽力低于0.5Oe的情况，远远低于图2所示的磁传感器的矫顽力。旁路层22为呈环状并在垂直于所述传感磁条21的长度方向上包覆所述传感磁条21。在本实施例中，旁路层22层压于传感磁条21上且两者之间没有任何物理分隔物，也就是说，该旁路层22与传感磁条21之间没有任何物质，故两者之间的电连接较强以及其连接的稳定性较高。在本发明的实施例中，磁传感器还可包括数个引晶层，每个印晶层分别夹设在每个旁路层与传感磁条之间，以提高所述旁路层和所述传感磁条之间的附着力。所述引晶层包括铬、钛或者钽。

参考图3-4，在本实施例中，传感磁条20还包括衬底层24和基底25。衬底层24沉积在基底25的表面上，或在基底25的表面上形成一层氧化层而构成衬底层24，传感磁条21沉积在衬底层24上。衬底层24为绝缘材质，可为例如氧化铝或者氧化硅，该基底包括硅、氧化镁、红宝石、铝钛碳或者玻璃材料。较佳地，磁传感器20还覆盖着保护层，该保护包括氧化铝、氧化硅、油墨或者聚酰亚胺。

图5展示了本发明的另一个实施例。参考图5，磁传感器30包括传感磁条31、数个旁路层32、电极33、衬底层34和基底35。磁传感器30的结构与图3所示的磁传感器20相似，不同之处在于旁路层32的形状。在本实施例中，旁路层32是方形的且层叠于所述传感磁条31上，并该旁路层32并没有包覆传感磁条31。在其它的实施例中，旁路层的形状可为正方形、长方形或者椭圆形，根据具体的实施情况而定。

参考图3和图6，数个旁路层22叠压在传感磁条21上。当传感器20加上特定的工作电流工作时，工作电流通过传感磁条21 流通该磁传感器20。如图5上的箭头所示，由于旁路层22的电阻率小于传感磁条21的电阻率，在部分感器磁条21上没有覆盖旁路层22的情况下，工作电流流经该部分传感磁条21；而当工作电流流经旁路层22覆盖传感磁条21的情况下，工作电流流经旁路层22。因此，当磁传感器20工作时，旁路层22覆盖的那部分传感磁条21流通电流而工作。因此，传感磁条21在磁学的层面上通过旁路层22被分割成数个相互隔离开来的元件，并通过旁路层22在电学的层面上串联起来，故，该分隔方法实现了磁传感器的长轴与短轴的退磁系数相同，从而使磁传感器具有低矫顽力以及高灵敏度。图5所示的实施例中的原理适用于上述各个实施例。

进而，由于本发明实施例中的传感磁条在磁学的层面上通过所述旁路层被分隔成数个独立的元件，且该分隔方法避免了物理层面上的破坏与切割，故，传感磁条具有一个一体式的结构。磁传感器的长度方向上没有任何物理式分割，故其反铁磁层亦沿长轴方向完好无损，因此，磁传感器的形状以及其应力各向异性并无改变。并且，由于磁传感器的形状以及其应力各向异性并无改变，因此磁传感器具有低矫顽力以及高灵敏度。

本发明还揭露了一种根据上述各个实施例的磁传感器的制造方法。图7展示了本发明磁传感器制造方法的流程图。参考图7，该制造方法大致包括以下步骤：

在图7中标号S1所示的步骤一中，提供基底，其主要构成材料是硅、氧化镁、红宝石、铝钛碳或者玻璃等。在本实施例中，该基底的材料是硅。

在图7中标号S2所示的步骤二中，在所述基底上沉积一磁传感器薄膜，并通过光掩膜将所述磁传感器薄膜通过干法或者湿法图形化（也即蚀刻）成数条传感磁条，且每一所述传感磁条均为一体式结构。

在图7中标号S3所示的步骤三中，在所述传感磁条上沉积旁路薄膜且两者之间没有任何物理分隔物，并通过光掩膜将所述旁路薄膜图形化成数个旁路层，或者在旁路薄膜沉积在传感磁条上后，通过光掩膜采用干法或者湿法蚀刻该传感磁条。所述旁路层的电阻率低于所述传感磁条的电阻率，且分别形成在所述传感磁条的长度方向上且两者之间没有任何物理分隔物，每两个相邻的所述旁路层之间有间距。

在图7中标号S4所示的步骤四中，在所述传感磁条的两端分别沉积电极。

需要注意的是，在本发明的其它实施例中，磁传感器薄膜通过干法或者湿法蚀刻方法，例如离子刻蚀，反应离子刻蚀或者湿法化学蚀刻等等；旁路薄膜的图形化亦可通过干法或者湿法蚀刻方法，例如离子刻蚀，反应离子刻蚀或者湿法化学蚀刻等等。

较佳地，磁传感器的制造方法还包括将数个引晶层分别夹设在所述旁路层和所述传感磁条之间，以提高旁路层和传感磁条之间的附着力。所述引晶层包括铬、钛或者钽。

较佳地，所述磁传感器还包括具有绝缘材料且其上形成有所述传感磁条的衬底层，以及其上形成有所述衬底层的基底。所述衬底层包括氧化铝或者氧化硅。

在本发明的另一个实施例中，磁传感器上包覆着保护层，所述保护层包括氧化铝、氧化硅、油墨或者聚酰亚胺。

本发明的另一个实施例中还提供了另外一种磁传感器的制造方法，一种磁传感器的制造方法，包括步骤：提供基底；在基底上沉积一磁传感器薄膜，将磁传感器薄膜蚀刻成数条传感磁条，每一传感磁条均为一体式结构；在传感磁条上直接设置光掩膜，光掩膜上有数个特定区域可暴露出传感磁条，继而将一旁路薄膜沉积到且覆盖整个光掩膜，当该去除该光掩膜，数个旁路层形通过所述光掩膜上的所述特定区域形成在所述传感磁条上，且旁路层与传感磁条之间没有任何物理分隔物，旁路层的电阻率低于传感磁条的电阻率，所述旁路层分别形成在传感磁条的长度方向上，且每两个相邻的旁路层之间有间距；以及在传感磁条的两端分别沉积电极。

以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。

Claims (29)

1.一种带有旁路层的磁传感器，包括：

传感磁条，其为一体式结构；

数个旁路层，其电阻率低于所述传感磁条的电阻率，分别形成在所述传感磁条的长度方向上且两者之间没有任何物理分隔物，每两个相邻的所述旁路层之间有间距；以及

两个电极，其分别形成在所述传感磁条的两端。

2.如权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，所述传感磁条的宽度与任何两个相邻的所述旁路层之间的间距的比率在0.8-1.2的范围内。

3.如权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，所述传感磁条的宽度与任何两个相邻的所述旁路层之间的间距相同。

4.如权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，所述旁路层为环状并在垂直于所述传感磁条的长度方向上包覆所述传感磁条。

5.如权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，所述旁路层为正方形、长方形或者椭圆形，并层叠于所述传感磁条上。

6.如权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，所述旁路层的材料包含金、铜或者银。

7.如权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，所述传感磁条是异磁阻、巨磁阻或者隧道磁阻。

8.如权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，所述磁传感器还包括数个分别夹设在所述旁路层和所述传感磁条之间的引晶层，以提高所述旁路层和所述传感磁条之间的附着力。

9.如权利要求8所述的磁传感器，其特征在于，所述引晶层包括铬、钛或者钽。

10.如权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，所述磁传感器还包括具有绝缘材料且其上形成有所述传感磁条的衬底层，以及其上形成有所述衬底层的基底。

11.如权利要求10所述的磁传感器，其特征在于，所述衬底层包括氧化铝或者氧化硅，所述衬底层包括硅、氧化镁、红宝石、铝钛碳或者玻璃。

12.如权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，所述磁传感器上包覆着保护层，所述保护层包括氧化铝、氧化硅、油墨或者聚酰亚胺。

13.一种磁传感器的制造方法，包括：

提供基底；

在所述基底上沉积一磁传感器薄膜，将所述磁传感器薄膜蚀刻成数条传感磁条，每一所述传感磁条均为一体式结构；

在所述传感磁条上沉积旁路薄膜且两者之间没有任何物理分隔物，将所述旁路薄膜图形化成数个旁路层，所述旁路层的电阻率低于所述传感磁条的电阻率，所述旁路层分别形成在所述传感磁条的长度方向上，且每两个相邻的所述旁路层之间有间距；以及

在所述传感磁条的两端分别沉积电极。

14.如权利要求13所述的磁传感器的制造方法，其特征在于，所述传感磁条的宽度与任何两个相邻的所述旁路层之间的间距的比率在0.8-1.2的范围内。

15.如权利要求13所述的磁传感器的制造方法，其特征在于，所述传感磁条的宽度与任何两个相邻的所述旁路层之间的间距相同。

16.如权利要求13所述的磁传感器的制造方法，其特征在于，蚀刻所述磁传感薄膜为干法蚀刻或者湿法蚀刻。

17.如权利要求13所述的磁传感器的制造方法，其特征在于，图形化所述旁路薄膜为通过光掩膜来干法蚀刻或者湿法蚀刻所述旁路薄膜。

18.如权利要求13所述的磁传感器的制造方法，其特征在于，所述旁路层为环状并在垂直于所述传感磁条的长度方向上包覆所述传感磁条。

19.如权利要求13所述的磁传感器的制造方法，其特征在于，所述旁路层为正方形、长方形或者椭圆形，并层叠于所述传感磁条上。

20.如权利要求13所述的磁传感器的制造方法，其特征在于，所述旁路层的材料包含金、铜或者银。

21.如权利要求13所述的磁传感器的制造方法，其特征在于，所述传感磁条是异磁阻、巨磁阻或者隧道磁阻。

22.如权利要求13所述的磁传感器的制造方法，其特征在于，所述磁传感器还包括数个分别夹设在所述旁路层和所述传感磁条之间的引晶层，以提高所述旁路层和所述传感磁条之间的附着力。

23.如权利要求22所述的磁传感器的制造方法，其特征在于，所述引晶层包括铬、钛或者钽。

24.如权利要求13所述的磁传感器的制造方法，其特征在于，所述磁传感器还包括具有绝缘材料且其上形成有所述传感磁条的衬底层，以及其上形成有所述衬底层的基底。

25.如权利要求24所述的磁传感器的制造方法，其特征在于，所述衬底层包括氧化铝或者氧化硅，所述衬底层包括硅、氧化镁、红宝石、铝钛碳或者玻璃。

26.如权利要求13所述的磁传感器的制造方法，其特征在于，所述磁传感器上包覆着保护层，所述保护层包括氧化铝、氧化硅、油墨或者聚酰亚胺。

27.一种磁传感器的制造方法，包括：

提供基底；

在所述基底上沉积一磁传感器薄膜，将所述磁传感器薄膜蚀刻成数条传感磁条，每一所述传感磁条均为一体式结构；

在所述传感磁条上直接设置光掩膜，所述光掩膜上有数个特定区域可暴露出所述传感磁条，继而将一旁路薄膜沉积到且覆盖整个所述光掩膜，数个旁路层形通过所述光掩膜上的所述特定区域形成在所述传感磁条上，且旁路层与传感磁条之间没有任何物理分隔物，所述旁路层的电阻率低于所述传感磁条的电阻率，所述旁路层分别形成在所述传感磁条的长度方向上，且每两个相邻的所述旁路层之间有间距；以及

在所述传感磁条的两端分别沉积电极。

28.如权利要求27所述的制造方法，其特征在于，所述传感磁条的宽度与任何两个相邻的所述旁路层之间的间距的比率在0.8-1.2的范围内。

29.如权利要求27所述的制造方法，其特征在于，所述传感磁条的宽度与任何两个相邻的所述旁路层之间的间距相同。

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