CN106154189B - 用于磁场感测的穿隧磁阻装置 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种用以感测磁场的穿隧磁阻(TMR)装置，包括：第一TMR感测器，由具有固定层及自由层的第一及第二磁性穿隧接面(MTJ)元件并联而成。该第一及该第二MTJ元件的所述固定层具有处于第一固定方向上的固定磁矩；该第一及该第二MTJ元件的所述自由层具有分别平行和反平行于第一易轴的第一自由磁矩和第二自由磁矩。

Description

用于磁场感测的穿隧磁阻装置
技术领域
本发明是有关于磁场感测技术，特别是有关用于磁场感测的穿隧磁阻装置。
背景技术
电子罗盘已设置于各种电子产品中以用于改进性能。举例来说，电子罗盘可用于全球定位系统(GPS)中以改进感测能力。GPS中的前进方向是通过物体的移动来确定。然而，当速度慢或甚至处于静止位置时，GPS便无法精确地确定方位。电子罗盘则可提供方位角资讯以帮助确定方向。
各种方式感测磁场的机制已被提出，例如典型的霍尔元件(Hall device)或磁阻元件(magneto-resistive device)。磁阻元件包括异向性磁电阻器(anisotropicmagneto-resistor，AMR)、巨磁电阻器(giant magneto-resistor，GMR)和穿隧式磁电阻器(tunneling magneto-resistor，TMR)的磁阻元件，具有比霍尔元件灵敏度大的优点，且其后端制程也容易与CMOS的前端制程相整合。
图1A至图1B显示为用于磁场感测器95的典型穿隧式磁电阻器的示意图，其包括：由导电金属形成的底板作为形成于基板90上的底部电极102；磁性穿隧接面(MagneticTunneling Junction，MTJ)元件110，形成于底部电极102上；及由导电材料形成的顶板作为形成于磁性穿隧接面元件110的顶部电极106。从磁性穿隧接面元件的结构图案，我们可以定义一相交点于中心处的十字形线，其中较长的线称为长轴101，且较短的线称为短轴103，另外，称作易轴(easy-axis)180的线与长轴101共线。磁性穿隧接面元件110包括固定层112、穿隧层115和自由层116，其中磁性穿隧接面元件110设置于底部电极102与顶部电极106之间。磁性材料的固定层112形成于底部电极102上，且具有与一固定方向平行的第一固定磁距114。非磁性材料穿隧层115形成于固定层112上。磁性材料的自由层116形成于穿隧层115上，且具有在初始时与易轴180平行的第一自由磁距118。
在形成磁性穿隧接面元件之后，例如是磁性薄膜堆叠和图案蚀刻后，通过在退火制程期间施加一固定方向为与易轴180垂直的磁场。于退火制程之后，第一固定磁矩114将会平行所述磁场的方向，而磁性穿隧接面元件110的形状异向性会使第一自由磁距118倾向与易轴平行。因此，穿隧式磁电阻器的磁场感测方向垂直于基板的易轴180。
通过异向性磁电阻器或甚至巨磁电阻器，可以实现集成式的水平双轴磁场感测器，但其占据面积大小相当大。由于其极低的电阻率，元件长度必须足够长以达到可用于感测磁场的值。图2A至图2B为全范围与半范围惠斯顿电桥电路(Wheatstone bridgecircuit)的示意图式。如图2A所示，惠斯顿电桥电路是一般常采用来将感测信号转换为电子信号的方法。对于异向性磁电阻器磁性感测器，电桥的每个元件R11、R21、R12、R22都是串联连接的一些具有螺丝纹条状杆偏压结构的异向性磁电阻器，且任何相邻元件上的短路条状杆的角度(shorting bar angle)都互补，使得电桥对称且能全范围操作。然而，对于巨磁电阻器或穿隧式磁电阻器磁场感测器，由于其对称的磁阻与磁场特性，因此两个元件R21、R12必须被遮蔽(如图2B所示)仅使用半范围操作。由于穿隧式磁电阻器的磁阻比较高，不对称的半范围操作会导致电桥输出失去线性度(linearity)和准确度。
发明内容
本发明提出一种用于磁场感测的穿隧磁阻(TMR)装置，包括：第一TMR感测器，由具有固定层及自由层的第一及第二磁性穿隧接面(MTJ)元件并联而成；该第一及该第二MTJ元件的所述固定层具有处于第一固定方向上的固定磁矩；该第一及该第二MTJ元件的所述自由层具有分别平行和反平行于第一易轴的第一自由磁矩和第二自由磁矩。
本发明提出另一种用于磁场感测的穿隧磁阻(TMR)装置，包括：第一TMR感测器，由具有固定层及自由层的第一及第二MTJ元件并联而成；第二TMR感测器，由具有固定层及自由层的第三及第四MTJ元件并联而成；第三TMR感测器，由具有固定层及自由层的第五及第六MTJ元件并联而成；以及第四TMR感测器，由具有固定层及自由层的第七及第八MTJ元件并联而成。
其中，该第一及该第二MTJ元件的所述固定层具有处于第一固定方向上的固定磁矩；该第一及该第二MTJ元件的所述自由层具有分别平行和反平行于第一易轴的第一自由磁矩和第二自由磁矩；其中，该第一与该第四TMR感测器的第一端连接至一第一电压节点；该第三与该第二TMR感测器的第一端连接至一第二电压节点；该第一与该第三TMR感测器的第二端连接一起，该第二与该第四TMR感测器的第二端连接一起；该第三及该第四MTJ元件的所述固定层具有处于该第一固定方向上的固定磁矩；该第三及该第四MTJ元件的所述自由层具有分别平行和反平行于该第一易轴的第三自由磁矩和第四自由磁矩。
其中，该第一自由磁矩与该第一固定磁矩间有第一角度α，该第三自由磁矩与该第三固定磁矩间有该第一角度α；该第二自由磁矩与该第二固定磁矩间有第二角度π-α，该第四自由磁矩与该第四固定磁矩间有该第二角度π-α；α不等于零。
本发明提出的穿隧磁阻(TMR)装置，所使用的各个TMR感测器，是由具有固定层及自由层的第一及第二磁性穿隧接面(MTJ)元件并联而成，且该第一和该第二MTJ元件内的自由磁矩和固定磁矩的夹角是互补的(α、π-α)，因此用于磁场感测时，在可容许的感测范围内，该TMR感测器的电导值与所感测外部磁场是呈线性变化的。
附图说明
图1A至图1B显示为用于磁场感测器95的典型穿隧式磁电阻器的示意图；
图2A至图2B为全范围与半范围惠斯顿电桥电路(Wheatstone bridge circuit)的示意图；
图3A～图3B为根据本发明的一实施例的TMR感测器200的上视图及剖面图；
图4A～图4B所示为TMR感测器200的该电导(G：(任意单位))对应于外加磁场的变化；
图5A显示依据本发明的具有桥式结构的TMR装置50；
图5B显示图5A的TMR装置50的输出电压值(Vout)在不同的角度α下，与外加磁场H的关系图；
图6A显依据本发明的示具有桥式结构的TMR装置60；
图6B显示图6A的TMR装置60的输出电压值(Vout)在不同的角度α下，与外加磁场H的关系图；
图7A显示依据本发明的具有桥式结构的TMR装置70；
图7B显示图7A的TMR装置70的输出电压值(Vout)在不同的角度α下，与外加磁场H的关系图；
图8A显示依据本发明的具有桥式结构的TMR装置80；
图8B显示图8A的TMR装置80的输出电压值(Vout)在不同的角度α下，与外加磁场H的关系图。
具体实施方式
以下将详细讨论本发明各种实施例的制造及使用方法。然而值得注意的是，本发明所提供的许多可行的发明概念可实施在各种特定范围中。这些特定实施例仅用于举例说明本发明的制造及使用方法，但非用于限定本发明的范围。
以下所述，本发明用于磁场感测的穿隧磁阻(TMR)装置。根据本发明的一实施例，图3A及图3B所示为TMR装置内的一TMR感测器的一上视图及沿着易轴上A-A’及B-B’方向线段的一剖面图。
在图3A及图3B中，该TMR感测器200有一第一MTJ(磁性穿隧接面)元件201及一第二MTJ元件202。一下电极203设置在一基板205上且该第一MTJ元件201及该第二MTJ元202也设置在该基板上。一上电极204设置在该第一及第二MTJ元件201及202上，因此该第一MTJ元件201与该第二MTJ元件202并联。
该第一MTJ元件201包括由磁性物质形成的一第一固定层201a设置在该下电极203上且具有一第一固定磁矩201pm。由非磁性物质形成的第一穿隧层201b设置在该第一固定层201a上。由磁性物质形成的一第一自由层201c设置在该第一穿隧层201b上且具有一第一自由磁矩201fm。该上电极204连接到该第一自由层201c。
该第二MTJ元件202包括由磁性物质形成的一第二固定层202a设置在该下电极203上以且具有一第二固定磁矩202pm。由非磁性物质所形成的一第二穿隧层202b设置在该第二固定层202a上。由磁性物质所形成的一第二自由层202c设置在该第二穿隧层202b上且有一第二自由磁矩202fm。该上电极204与该第二自由层202c相连。
该第一及第二MTJ元件201及202透过相同的制程同时制造出来，且该第一及第二MTJ元件201及202的所述易轴(长轴)为平行。在退火制程期间，在一固定方向上施加磁场，使该第一及第二MTJ元件201及202的该第一及第二固定层201a及202a有着相同的磁矩方向。因此，该第一及第二固定磁矩201pm及202pm均为平行该固定方向。
设定该自由层201c及202c的所述磁矩方向的方式为透过一安培场，其中该安培场是由流经过该导线206的电流所产生，其中该导线206设置在该第一及第二MTJ元件201及202的上方或下方。数字207表示用以设定所述自由磁矩初始方向的该导线206中电流的方向。如图3A所示，在施加该安培场后，该第一自由磁矩201fm与该第二自由磁矩202fm互为反平行，亦即该第一和该第二自由磁矩201fm和202fm分别平行和反平行于该易轴。此外，该第一自由磁矩201fm和该第一固定磁矩201pm两者间有一第一角度α，该第二自由磁矩201fm和该第二固定磁矩202pm间有一第二角度π-α。
图4A与图4B显示基于微电磁模拟，在与易轴垂直的方向上施加磁场H时，该TMR感测器200的电导值G(arb.unit：任意单位)变化。当该施加磁场在-20～+20Oe的范围，如图4A所示(以α＝75度为例)，该TMR感测器200的该电导值实质上是线性的；再如图4B所示，当第一角度α在-90～+90度间时，该TMR感测装置200的各该电导值实质上仍是线性的。
图5A显示具有桥式结构的TMR装置50。该TMR装置50，包括：第一TMR感测器51，由具有固定层及自由层的第一MTJ元件511及第二MTJ元件512并联而成；第二TMR感测器52，由具有固定层及自由层的第三MTJ元件523及第四MTJ元件524并联而成；第三TMR感测器53，由具有固定层及自由层的第五MTJ元件535及第六MTJ元件536并联而成；以及，第四TMR感测器54，由具有固定层及自由层的第七MTJ元件547及第八MTJ元件548并联而成。该第一至该第八MTJ元件的结构如图3B所示，在此不再赘述；此外，为简洁起见，用以设定自由磁矩方向的导线在此亦省略不图示。
参照图5A，该第一及该第二MTJ元件511和512的所述固定层，分别具有处于第一固定方向(dir2)上的第一固定磁矩511pm和第二固定磁矩512pm。该第一及该第二MTJ元件511和512的所述自由层，具有分别平行和反平行于方向为dir1的第一易轴(或长轴)的第一自由磁矩511fm和第二自由磁矩512fm。
该第三及该第四MTJ元件523和524的所述固定层，分别具有处于该第一固定方向(dir2)上的第一固定磁矩523pm和第二固定磁矩524pm。该第三及该第四MTJ元件523和524的所述自由层，具有分别平行和反平行于该第一易轴的第一自由磁矩523fm和第二自由磁矩524fm。
该第五至该第八MTJ元件535、536、547及548的所述固定层具有处于该第一固定方向(dir2)上的固定磁矩535fm、536fm、547fm及548fm。该第五及该第七MTJ元件535和547的所述自由层具有与第二易轴平行的第五自由磁矩535fm和第七自由磁矩547fm，该第六及该第八MTJ元件的所述自由层具有与该第二易轴反平行的第六自由磁矩和第八自由磁矩。需注意，该第二易轴平行该第一固定方向dir2，该第一与该第二易轴的方向(dir1、dir2)互不平行。
又，该第一至该第八MTJ元件的各个固定磁矩，是在单次退火处理中，辅以磁场的施加，以设定所述固定磁矩的方向。图5A中标示的角度α和π-α，是表示单一MTJ元件内，固定磁矩和自由磁矩间的夹角。
此外，该第一与该第四TMR感测器(51和54)的第一端连接至一第一电压节点(例如电压节点VDD)；该第三与该第二TMR感测器(53和52)的第一端连接至一第二电压节点(例如参考接地GND)；该第一与该第三TMR感测器(51和53)的第二端连接至测试点VB，该第二与该第四TMR感测器(52和54)的第二端连接至测试点VA。
图5B显示图5A的TMR装置50的输出电压值(Vout)在不同的角度α下，与外加磁场H的关系图。如图5B所示，无论角度α在-45～+45时，该施加磁场在-20～+20Oe的范围内，所述TMR装置50在VA和VB端所量到输出电压Vout实质上是线性的。
图6A显示具有桥式结构的TMR装置60。在以下的说明，为简明起见，与图5A相同的元件会以相同的符号或数字表示。
该TMR装置60包括第一至第四TMR感测器(51、52、63、64)，所述TMR感测器的连接关系与图5A所述者相同。该TMR置60与图5A所示TMR装置50的差异仅在于第三和第四TMR感测器(63、64)。
该第三TMR感测器63，由具有固定层及自由层的第五MTJ元件635及第六MTJ元件636并联而成；以及，该第四TMR感测器64，由具有固定层及自由层的第七MTJ元件647及第八MTJ元件648并联而成。
参照图6A，该第五至该第八MTJ元件635、636、647及648的所述固定层具有处于该第一固定方向(dir2)上的固定磁矩635pm、636pm、647pm及648pm。该第五及该第七MTJ元件635和547的所述自由层具有与第三易轴(方向为dir3)平行的第五自由磁矩635fm和第七自由磁矩637fm，该第六及该第八MTJ元件(636、648)的所述自由层具有与该第三易轴反平行的第六自由磁矩636fm和第八自由磁矩638fm。在一实施例，该第三易轴(方向为dir3)是与该第一易轴(方向为dir1)垂直。
又，该第一至该第八MTJ元件的各个固定磁矩，是在单次退火处理中，辅以磁场的施加，以设定所述固定磁矩的方向。图6A中标示的角度α和π-α，是表示单一MTJ元件内，固定磁矩和自由磁矩间的夹角。
图6B显示图6A的TMR装置60的输出电压值(Vout)在不同的角度α下，与外加磁场H的关系图。如图5B所示，无论角度α在-45～+45时，该施加磁场在-20～+20Oe的范围内，所述TMR装置60在VA和VB端所量到输出电压Vout实质上是线性的。
图7A显示具有桥式结构的TMR感测装置70。该TMR装置70，包括：第一TMR感测器71，由具有固定层及自由层的第一MTJ元件711及第二MTJ元件712并联而成；第二TMR感测器72，由具有固定层及自由层的第三MTJ元件723及第四MTJ元件724并联而成；第三TMR感测器73，由具有固定层及自由层的第五MTJ元件735及第六MTJ元件736并联而成；以及，第四TMR感测器74，由具有固定层及自由层的第七MTJ元件747及第八MTJ元件748并联而成。该第一至该第八MTJ元件的结构如图3B所示，在此不再赘述；此外，为简洁起见，用以设定自由磁矩方向的导线在此亦省略不图示。
参照图7A，该第一及该第二MTJ元件711和712的所述固定层，分别具有处于第一固定方向(dir1)上的第一固定磁矩711pm和第二固定磁矩712pm。该第一及该第二MTJ元件711和712的所述自由层，具有分别平行和反平行于方向为dir2的第一易轴(或长轴)的第一自由磁矩711fm和第二自由磁矩712fm。
该第三及该第四MTJ元件723和724的所述固定层，分别具有处于该第一固定方向上的第一固定磁矩723pm和第二固定磁矩724pm。该第三及该第四MTJ元件723和724的所述自由层，具有分别平行和反平行于该第一易轴(方向dir2)的第一自由磁矩723fm和第二自由磁矩724fm。
该第五至该第八MTJ元件735、736、747及748的所述固定层具有处于一第二固定方向(方向同dir2)上的固定磁矩735pm、736pm、747pm及548pm。该第五及该第七MTJ元件735和747的所述自由层具有与该第一易轴平行的第五自由磁矩735fm和第七自由磁矩747fm，该第六及该第八MTJ元件(736、748)的所述自由层具有与该第一易轴反平行的第六自由磁矩736fm和第八自由磁矩748fm。该第一易轴平行该第二固定方向。
此外，该第一与该第四TMR感测器(71和74)的第一端连接至一第一电压节点(例如电压节点VDD)；该第三与该第二TMR感测器(73和72)的第一端连接至一第二电压节点(例如参考接地GND)；该第一与该第三TMR感测器(71和73)的第二端连接至测试点VB，该第二与该第四TMR感测器(72和74)的第二端连接至测试点VA。
又，该第一至该第八MTJ元件的各个固定磁矩，例如是在多轴向退火处理中，辅以多个磁场的施加，以分别设定所述固定磁矩的方向。图7A中标示的角度α和π-α，是表示单一MTJ元件内，固定磁矩和自由磁矩间的夹角。
此外，该第一与该第四TMR感测器(71和74)的第一端连接至一第一电压节点(例如电压节点VDD)；该第三与该第二TMR感测器(73和72)的第一端连接至一第二电压节点(例如参考接地GND)；该第一与该第三TMR感测器(71和73)的第二端连接至测试点VB，该第二与该第四TMR感测器(72和74)的第二端连接至测试点VA。
图7B显示图7A的TMR装置70的输出电压值(Vout)在不同的角度α下，与外加磁场H的关系图。如图7B所示，无论角度α在-45～+45时，该施加磁场在-20～+20Oe的范围内，所述TMR装置50在VA和VB端所量到输出电压Vout实质上是线性的。
图8A显示具有桥式结构的TMR感测装置80。在以下的说明，为简明起见，与第7图相同的元件会以相同的符号或数字表示。
该TMR装置80包括第一至第四TMR感测器(71、72、83、84)，所述TMR感测器的连接关系与图7A相同。该TMR感测装置80与图7A所示TMR感测装置70的差异仅在于第三和第四TMR感测器(83、84)。
该第三TMR感测器83，由具有固定层及自由层的第五MTJ元件835及第六MTJ元件836并联而成；以及，该第四TMR感测器84，由具有固定层及自由层的第七MTJ元件847及第八MTJ元件848并联而成。
参照图8A，该第五至该第八MTJ元件835、836、847及848的所述固定层具有处于第三固定方向(dir3)上的固定磁矩835pm、836pm、847pm及848pm。该第五及该第七MTJ元件835和847的所述自由层具有与该第一易轴(方向为dir2)平行的第五自由磁矩835fm和第七自由磁矩847fm，该第六及该第八MTJ元件(836、848)的所述自由层具有与该第一易轴反平行的第六自由磁矩836fm和第八自由磁矩848fm。在一实施例，该第一固定方向(dir1)是与该第三固定方向(dir3)垂直。
又，该第一至该第八MTJ元件的各个固定磁矩，例如是在多轴向退火处理中，辅以多个磁场的施加，以分别设定所述固定磁矩的方向。图8A中标示的角度α和π-α，是表示单一MTJ元件内，固定磁矩和自由磁矩间的夹角。
图8B显示图8A的TMR装置80的输出电压值(Vout)在不同的角度α下，与外加磁场H的关系图。如图8B所示，无论角度α在-45～+45时，该施加磁场在-20～+20Oe的范围内，所述TMR装置80在VA和VB端所量到输出电压Vout实质上是线性的。
在图5A及图7A所示的实施例中，该第三和该第四TMR感测器53～54、73～74，是分别作为磁场感测的参考单元，亦可以使用屏蔽层分别屏蔽两者。
本发明提出的穿隧磁阻(TMR)装置，所使用的各个TMR感测器，是由具有固定层及自由层的第一及第二磁性穿隧接面(MTJ)元件并联而成，且该第一和该第二MTJ元件内的自由磁矩和固定磁矩的夹角是互补的(α、π-α)，因此用于磁场感测时，在可容许的感测范围内，该TMR感测器的电导值与所感测外部磁场是呈线性变化的。
此外，本发明提出的穿隧磁阻(TMR)装置，可以利用单一退火方式或多轴向退火方式处理，来达成桥式的磁场测式结构。
虽以较佳实施例示范如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种用于磁场感测的穿隧磁阻装置，其特征在于，包括：
第一穿隧磁阻感测器，由具有固定层及自由层的第一磁性穿隧接面元件和第二磁性穿隧接面元件并联而成；
第二穿隧磁阻感测器，由具有固定层及自由层的第三磁性穿隧接面元件和第四磁性穿隧接面元件并联而成；
第三穿隧磁阻感测器，由具有固定层及自由层的第五磁性穿隧接面元件和第六磁性穿隧接面元件并联而成；以及
第四穿隧磁阻感测器，由具有固定层及自由层的第七磁性穿隧接面元件和第八磁性穿隧接面元件并联而成；
其中，该第一磁性穿隧接面元件的所述固定层具有处于第一固定方向上的第一固定磁矩，该第二磁性穿隧接面元件的所述固定层具有处于该第一固定方向上的第二固定磁矩；
该第一磁性穿隧接面元件的所述自由层具有平行于第一易轴的第一自由磁矩，该第二磁性穿隧接面元件的所述自由层具有反平行于该第一易轴的第二自由磁矩；
其中，该第一穿隧磁阻感测器与该第四穿隧磁阻感测器的第一端连接至一第一电压节点；该第三穿隧磁阻感测器与该第二穿隧磁阻感测器的第一端连接至一第二电压节点；该第一穿隧磁阻感测器与该第三穿隧磁阻感测器的第二端连接一起，该第二穿隧磁阻感测器与该第四穿隧磁阻感测器的第二端连接一起；
该第三磁性穿隧接面元件的所述固定层具有处于该第一固定方向上的第三固定磁矩，该第四磁性穿隧接面元件的所述固定层具有处于该第一固定方向上的第四固定磁矩；该第三磁性穿隧接面元件的所述自由层具有平行于该第一易轴的第三自由磁矩，该第四磁性穿隧接面元件的所述自由层具有反平行于该第一易轴的第四自由磁矩；
其中，该第一自由磁矩与该第一固定磁矩间有第一角度α，该第三自由磁矩与该第三固定磁矩间有该第一角度α；该第二自由磁矩与该第二固定磁矩间有第二角度π-α，该第四自由磁矩与该第四固定磁矩间有该第二角度π-α；α不等于零。
2.根据权利要求1所述的用于磁场感测的穿隧磁阻装置，其特征在于，该第五磁性穿隧接面元件至该第八磁性穿隧接面元件的所述固定层具有处于该第一固定方向上的固定磁矩；
该第五磁性穿隧接面元件的所述自由层具有与第二易轴平行的第五自由磁矩，该第七磁性穿隧接面元件的所述自由层具有与该第二易轴平行的第七自由磁矩，该第六磁性穿隧接面元件的所述自由层具有与该第二易轴反平行的第六自由磁矩，该第八磁性穿隧接面元件的所述自由层具有与该第二易轴反平行的第八自由磁矩；
该第二易轴平行该第一固定方向，该第一易轴与该第二易轴互不平行。
3.根据权利要求1所述的用于磁场感测的穿隧磁阻装置，其特征在于，该第五磁性穿隧接面元件至该第八磁性穿隧接面元件的所述固定层具有处于第二固定方向上的固定磁矩；
该第五磁性穿隧接面元件的所述自由层具有与该第一易轴平行的第五自由磁矩，该第七磁性穿隧接面元件的所述自由层具有与该第一易轴平行的第七自由磁矩，该第六磁性穿隧接面元件的所述自由层具有与该第一易轴反平行的第六自由磁矩，该第八磁性穿隧接面元件的所述自由层具有与该第一易轴反平行的第八自由磁矩；
该第二固定方向平行该第一易轴。
4.根据权利要求2或3所述的用于磁场感测的穿隧磁阻装置，其特征在于，还包括屏蔽装置分别屏蔽该第三穿隧磁阻感测器和该第四穿隧磁阻感测器。
5.根据权利要求1所述的用于磁场感测的穿隧磁阻装置，其特征在于，该第五磁性穿隧接面元件至该第八磁性穿隧接面元件的所述固定层具有处于该第一固定方向上的固定磁矩；
该第五磁性穿隧接面元件的所述自由层具有平行于第二易轴的第五自由磁矩，该第六磁性穿隧接面元件的所述自由层具有反平行于该第二易轴的第六自由磁矩，该第七磁性穿隧接面元件的所述自由层具有平行于该第二易轴的第七自由磁矩，该第八磁性穿隧接面元件的所述自由层具有反平行于该第二易轴的第八自由磁矩；
该第二易轴与该第一易轴互相垂直。
6.根据权利要求1所述的用于磁场感测的穿隧磁阻装置，其特征在于，该第五磁性穿隧接面元件至该第八磁性穿隧接面元件的所述固定层具有处于第二固定方向上的固定磁矩；
该第五磁性穿隧接面元件的所述自由层具有平行于该第一易轴的第五自由磁矩，该第六磁性穿隧接面元件的所述自由层具有反平行于该第一易轴的第六自由磁矩，该第七磁性穿隧接面元件的所述自由层具有平行于该第一易轴的第七自由磁矩，该第八磁性穿隧接面元件的所述自由层具有反平行于该第一易轴的第八自由磁矩；
该第一固定方向和该第二固定方向互相垂直。
7.根据权利要求2或5所述的用于磁场感测的穿隧磁阻装置，其特征在于，该第一磁性穿隧接面元件至第八磁性穿隧接面元件是以单次退火方式处理以决定该第一固定方向。
8.根据权利要求3或6所述的用于磁场感测的穿隧磁阻装置，其特征在于，该第一磁性穿隧接面元件至第八磁性穿隧接面元件是以多轴向退火方式处理以决定该第一固定方向及该第二固定方向。
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