CN112289922B - 磁传感器及其制作方法 - Google Patents

磁传感器及其制作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112289922B
CN112289922B CN201910663268.6A CN201910663268A CN112289922B CN 112289922 B CN112289922 B CN 112289922B CN 201910663268 A CN201910663268 A CN 201910663268A CN 112289922 B CN112289922 B CN 112289922B
Authority
CN
China
Prior art keywords
magnetic
layer
sensing
heating
magnetic sensing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910663268.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112289922A (zh
Inventor
孙一慧
刘波
李辉辉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CETHIK Group Ltd
Hikstor Technology Co Ltd
Original Assignee
CETHIK Group Ltd
Hikstor Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CETHIK Group Ltd, Hikstor Technology Co Ltd filed Critical CETHIK Group Ltd
Priority to CN201910663268.6A priority Critical patent/CN112289922B/zh
Priority to PCT/CN2020/100504 priority patent/WO2021012940A1/zh
Publication of CN112289922A publication Critical patent/CN112289922A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112289922B publication Critical patent/CN112289922B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B61/00—Magnetic memory devices, e.g. magnetoresistive RAM [MRAM] devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/01—Manufacture or treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/10—Magnetoresistive devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/80—Constructional details
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N59/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one galvanomagnetic or Hall-effect element covered by groups H10N50/00 - H10N52/00

Abstract

本申请提供了一种磁传感器及其制作方法。该磁传感器包括至少一个磁传感器结构，其中，每个磁传感器结构包括至少一个磁传感组，各磁传感组包括两个磁传感单元，各磁传感单元包括串联的传感结构和加热结构，各传感结构包括叠置的自由层和参考层，各磁传感组中的两个磁传感单元的参考层的磁化方向相反。本申请解决了相关技术中，磁传感器难以实现同一裸片上参考层相反的磁化方向，且存在灵敏度、可靠性低的技术问题。

Description

磁传感器及其制作方法
技术领域
本申请涉及传感器领域，具体而言，涉及一种磁传感器及其制作方法。
背景技术
在相关技术中，磁传感器的越来越广泛，通常情况下，将磁传感器应用于物联网、汽车电子、智能电网和医疗等众多领域。
图1（a）示出了现有磁传感器的结构示意图，结合图1（a）可知，现有磁传感器的工作原理如下：结合两组电阻单元（R1、R2）组成电桥，R1、R2为巨磁阻（Giant MagnetoResistance，简称为GMR）或隧道磁电阻（Tunnel Magneto Resistance，简称为TMR）；R1电阻随外加磁场增加而减小，R2电阻随外加磁场增加而增加；GMR和TMR都含有磁性钉扎层（相当于参考层）与自由层，R1、R2的磁化钉扎方向相反。目前，通过该磁传感器实现相反的磁化钉扎方向主要通过磁化切片后，平面旋转180度，以及在一个裸片上实现相反方向的磁化钉扎比较困难。以TMR为例，图1（b）示出了现有磁传感器电阻在外加磁场下的磁化方向变化的示意图，如图1（b）所示，要实现R1、R2电阻随外加磁场增加呈相反的变化，则需要其参考层磁化方向相反；依靠单一的磁场来磁化参考层，难以实现同一裸片上参考层相反的磁化方向；类比磁光盘，可采用其他场辅助磁场磁化的方法，以克服外加磁场难以局域的问题。
除此以外，还存在其他的磁传感器，其实现磁化方式也是各不相同的。例如向形成了多个元件的晶片施加磁场，向需要固定钉扎磁性层的磁化方向的元件照射激光脉冲或电流脉冲，将照射了脉冲的元件的钉扎磁性层固定。该方法也可不分割晶片地控制各磁性钉扎层的磁化方向，同时产生的热会扩散到晶片，导致元件中的钉扎磁性层的充磁精度下降，进而检测精度会下降。又例如，现有技术中磁传感器的加热单元与传感单元间有绝缘层，影响加热效率；同时，加热单元与传感单元分离，需多加一套电极，增加构筑复杂性。再例如，通过控制磁传感器单元长轴取向确定易磁化方向，以实现不同的磁化方向；采用方法的角度不同，该方法单元面积利用率小，需多张掩膜版；已钉扎的磁化方向在后续磁场作用下会有小部分偏移，从而影响传感器灵敏度及可靠性。
由此可见，相关技术中，磁传感器难以实现同一裸片上参考层相反的磁化方向，且存在灵敏度、可靠性低的技术问题。
针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
需要进一步说明的是，在背景技术部分中公开的以上信息只是用来加强对本文所描述技术的背景技术的理解，因此，背景技术中可能包含某些信息，这些信息对于本领域技术人员来说并未形成在本国已知的现有技术。
发明内容
本申请实施例提供了一种磁传感器及其制作方法，以至少解决相关技术中，磁传感器难以实现同一裸片上参考层相反的磁化方向，且存在灵敏度、可靠性低的技术问题。
根据本申请实施例的一个方面，提供了一种磁传感器，包括至少一个磁传感器结构，其中，每个所述磁传感器结构包括至少一个磁传感组，各所述磁传感组包括两个磁传感单元，各所述磁传感单元包括串联的传感结构和加热结构，各所述传感结构包括叠置的自由层和参考层，各所述磁传感组中的两个所述磁传感单元的所述参考层的磁化方向相反。
可选地，所述加热结构为电阻可变的结构，其中，所述加热结构在工作时电阻保持在低阻态。
可选地，所述磁传感组还包括衬底，两个所述加热结构间隔地设置在所述衬底的表面上，各所述传感结构设置在对应的所述加热结构的远离所述衬底的表面上。
可选地，所述磁传感组还包括衬底，两个所述传感结构间隔地设置在所述衬底的表面上，各所述加热结构设置在对应的所述传感结构的远离所述衬底的表面上。
可选地，所述加热结构包括依次叠置设置的第一金属电极层、阻变层以及第二金属电极层，所述传感结构包括依次叠置的第三金属电极层、所述参考层、非磁层、所述自由层和第四金属电极层，所述自由层设置在所述参考层的远离所述加热结构的一侧。
可选地，所述第三金属电极层和所述第二金属电极层为同一层。
可选地，所述磁传感组还包括导电通孔，所述第三金属电极层和所述第二金属电极层通过所述导电通孔连接。
可选地，所述磁传感组还包括设置在所述衬底表面上的绝缘材料，两个所述磁传感单元间隔地设置在所述绝缘材料中。
根据本申请实施例的另一方面，还提供了一种磁传感器的制作方法，所述磁传感器包括至少一个磁传感器结构，其中，每个所述磁传感器结构包括至少一个磁传感组，所述制作方法包括磁传感组的制作过程，所述制作过程包括：制备预备磁传感组，所述预备磁传感组包括两个预备磁传感单元，各所述预备磁传感单元包括串联的传感结构和加热结构，各所述预备传感结构包括叠置的自由层和参考层；向其中的一个所述预备加热结构通入第一加热电流，使对应的所述预备传感结构的预备参考层临界翻转磁场降低；对预备磁传感组所在的空间施加第一预定磁场，使得其中的一个所述参考层的磁化方向变为第一方向，另一个所述参考层的磁化方向为与所述第一方向相反的第二方向，形成磁传感组。
可选地，所述方法还包括另一个所述参考层的磁化方向变为所述第二方向的磁化过程，其中，所述磁化过程包括：向另一个所述预备加热结构通入第二加热电流，使对应的所述预备传感结构的预备参考层临界翻转磁场降低；对预备磁传感组所在的空间施加第二预定磁场，使得另一个所述参考层的磁化方向变为所述第二方向。
可选地，在一个所述参考层的磁化方向变为所述第一方向之后，和/或在另一个所述参考层的磁化方向变为所述第二方向之后，所述方法还包括：利用电擦除降低对应的所述加热结构的电阻。
应用本申请的技术方案，该磁传感器包括至少一个磁传感器结构，其中，每个所述磁传感器结构包括至少一个磁传感组，各所述磁传感组包括两个磁传感单元，各所述磁传感单元包括串联的传感结构和加热结构，各所述传感结构包括叠置的自由层和参考层，各所述磁传感组中的两个所述磁传感单元的所述参考层的磁化方向相反。利用上述磁传感器，可以采用电加热的方式，降低局域位置的矫顽力，实现同一裸片下不同的磁化钉扎方向，以简化工艺流程，提升集成度，而且其中的加热结构可以减少功耗、提升性能，进而解决了相关技术中，磁传感器难以实现同一裸片上参考层相反的磁化方向，且存在灵敏度、可靠性低的技术问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1（a）示出了现有磁传感器的结构示意图;
图1（b）示出了现有磁传感器电阻在外加磁场下的磁化方向变化的示意图；
图2示出了根据本申请的一种实施例提供的磁传感器的结构示意图；
图3示出了实施例1中PCM工作时的温度分布的示意图；
图4示出了本申请优选实施例中的磁化流程的流程图；
图5示出了本申请优选实施例中的磁化流程中施加电流的示意图；
图6示出了本申请优选实施例中RRAM的电压电流曲线的示意图；
图7示出了本申请优选实施例中的另一磁化流程的示意图；
图8示出了本申请优选实施例中的又一磁化流程的示意图；
图9示出了本申请优选实施例中的磁化与降阻同时进行的时序图；
图10示出了本申请优选实施例中的磁传感器的结构示意图；
图11示出了本申请优选实施例中的另一磁传感器的结构示意图；
图12示出了本申请优选实施例中的又一磁传感器的结构示意图；
图13示出了本申请优选实施例中的再一磁传感器的结构示意图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
应该理解的是，当元件（诸如层、膜、区域、或衬底）描述为在另一元件“上”时，该元件可直接在该另一元件上，或者也可存在中间元件。而且，在说明书以及权利要求书中，当描述有元件“连接”至另一元件时，该元件可“直接连接”至该另一元件，或者通过第三元件“连接”至该另一元件。
正如背景技术所介绍的，相关技术中，磁传感器难以实现同一裸片上参考层相反的磁化方向，且存在灵敏度、可靠性低的技术问题，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种磁传感器及其制作方法。
本申请的一种典型的实施方式中，提供了一种磁传感器，图2示出了根据本申请的一种实施例提供的磁传感器的结构示意图，如图2所示，该磁传感器包括至少一个磁传感器结构，其中，每个磁传感器结构包括至少一个磁传感组10，各磁传感组包括两个磁传感单元，其中，一个磁传感单元11和另一个磁传感单元12，各磁传感单元包括串联的传感结构和加热结构，各传感结构包括叠置的自由层和参考层，各磁传感组中的两个磁传感单元的参考层的磁化方向相反。
作为一种可选的实施例，上述传感结构可以为磁性隧道结MTJ（Magnetic TunnelJunctions，简称为MTJ）,其中，上述MTJ可以包括参考层、自由层、非磁层等，还可以根据具体应用需求添加其他的应用层。上述加热结构可以为阻变式存储器（Resistive RandomAccess Memory，简称为RRAM）、相变存储（Phase-Change Memory，简称为PCM）等电阻可变元件。在具体实施过程中，本申请的磁传感器采用电加热的方式，降低局域位置的矫顽力，实现同一裸片下不同的磁化钉扎方向，以简化工艺流程，提升集成度；提出采用RRAM、PCM等电阻可变元件作为加热单元，减小功耗，提升性能。需要说明的是，电加热的方式可以采用多种形式，例如可以通过原位通电流加热降低矫顽力的方式，解决相邻位元难以实现两种的磁化钉扎方向的问题，还可以采用多元化加热方法，降低矫顽力等等。需要说明的是，上述位元为传感结构。
需要说明的是，本申请中的磁传感器结构可以仅有一个磁传感组，也可以有多个磁传感组，图2中示出了包括两个磁传感组的情况。
作为一种可选的实施例，各磁传感组中的两个磁传感单元的参考层的磁化方向相反。
需要说明的是，本申请的上述参考层的材料选自Co、Ni、Fe、CoFe、CoNi、NiFe、CoFeNi、CoB、FeB、CoFeB、NiFeB、Pt、Pd、PtPd、FePt、Ir、Ru、Re、Rh、B、Zr、V、Nb、Ta、Mo、W、Cu、Ag、Au、Al与Hf中的一种或多种。即可以是单独的一种，也可以是几种的合金。本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的材料形成本申请的参考层。
本申请的自由层的材料选自Co、Fe、Ni、Pt、Pd、Ru、Ta、Cu、CoB、FeB、NiB、CoFe、NiFe、CoNi、CoFeNi、CoFeB、NiFeB、CoNiB、CoFeNiB、FePt、FePd、CoPt、CoPd、CoFePt、CoFePd、FePtPd、CoPtPd与CoFePtPd中的一种或多种。即可以是单独的一种，也可以是几种的合金。本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的材料形成本申请的非磁层。其中，非磁层为非磁性材料，非磁性材料可以包括Cr、MgO与AlO中的至少一种。
作为一种可选的实施例，参考层和自由层为磁性材料，磁性材料可以包括Co、Fe、Ni与CoFeB中的至少一种。
需要说明的是，在本申请中的磁性材料和非磁性材料不仅仅局限于上述所描述的，还可以是其他可以应用于参考层、自由层和非磁层的材料以及其组合物。
可选地，加热结构为电阻可变的结构，其中，加热结构在工作时电阻保持在低阻态。
作为一种可选的实施例，加热结构通常为加热电阻，由于加热结构的电阻较大，会影响器件后续使用的功耗和传感器灵敏度等性能。因此，在本申请实施例中，优选地，上述加热电阻至少采用RRAM、PCM等可变电阻器件的一种。加热结构的材料包括阻变材料、相变材料中的至少一种。本申请的一种具体的实施例中，无论是阻变材料，还是相变材料均可以是其中之一，也可以是两者的组合形式。如HfO2、TaOx、GST、ZnO与SiO2中一种或任意多种的叠置的组合。
作为一种可选的实施例，上述加热结构包括两种状态，一种是低阻态，另一种是高阻态，而加热结构在工作时电阻通常保持在低阻态，这样可以保证传感结构的磁化方向处于稳定状态，也就是磁化方向保持在一定的方向。
在具体实施过程中，在磁化结束后，将加热电阻切换至低阻态，这样就可以有效降低后续使用过程中的功耗和传感器灵敏度。
可选地，磁传感组还包括衬底，两个加热结构间隔地设置在衬底的表面上，各传感结构设置在对应的加热结构的远离衬底的表面上。
作为一种可选的实施例，磁传感组通过设置衬底，进而基于该衬底设置加热结构以及该加热结构对应的传感结构，在具体实施中，对于衬底的表面上设置加热结构的数量并不进行限制。其中，各个加热结构之间保持一定的间距，避免由于加热结构间距过近，产生相互干扰等不利影响。
可选地，磁传感组还包括衬底，两个传感结构间隔地设置在衬底的表面上，各加热结构设置在对应的传感结构的远离衬底的表面上。
可选地，加热结构包括依次叠置设置的第一金属电极层、阻变层以及第二金属电极层，传感结构包括依次叠置的第三金属电极层、参考层、非磁层、自由层和第四金属电极层，自由层设置在参考层的远离加热结构的一侧。
可选地，第三金属电极层和第二金属电极层为同一层。
作为一种可选的实施例，在第三金属电极层和第二金属电极层为同一层时，也就是第三金属电极层和第二金属电极层为同一金属电极层。在具体实施过程中，阻变层和参考层之间设置金属电极层，使得阻变层和参考层通过多层膜堆垛的方式连接。
可选地，磁传感组还包括导电通孔，第三金属电极层和第二金属电极层通过导电通孔连接。
作为一种可选的实施例，可以在第三金属电极层和第二金属电极层之间设置有导电通孔，该导电通孔用于实现阻变层和参考层之间连接，由于导电通孔具备导电性，而且使得传感结构和加热结构在设置方式上更加灵活。比如，传感结构和加热结构可以设置在不同的位置，也使得传感结构和加热结构之间可以不必需要像多层膜堆垛的方式连接那样要求苛刻的空间设置关系。
可选地，磁传感组还包括设置在衬底表面上的绝缘材料，两个磁传感单元间隔地设置在绝缘材料中。
作为一种可选的实施例，将两个磁传感单元间隔地设置在绝缘材料中，可以避免磁传感单元之间的相互影响。例如，对于其中一个或者多个磁传感单元中的加热结构进行加热，在各个磁传感单元之间采用绝缘材料后，可以减少对相邻磁传感单元的干扰。
根据本申请实施例的另一方面，还提供了一种磁传感器的制作方法，磁传感器包括至少一个磁传感器结构，其中，每个磁传感器结构包括至少一个磁传感组，制作方法包括磁传感组的制作过程，上述制作过程包括：制备预备磁传感组，预备磁传感组包括两个预备磁传感单元，各预备磁传感单元包括串联的传感结构和加热结构，各预备传感结构包括叠置的自由层和参考层；向其中的一个预备加热结构通入第一加热电流，使对应的预备传感结构的预备参考层临界翻转磁场降低；对预备磁传感组所在的空间施加第一预定磁场，使得其中的一个参考层的磁化方向变为第一方向，另一个参考层的磁化方向为与第一方向相反的第二方向，形成磁传感组。
作为一种可选的实施例，制备预备磁传感组，其中预备磁传感组可以是一个或者多个，且每个预备磁传感组包括两个预备磁传感单元。
可选地，上述方法还包括另一个参考层的磁化方向变为第二方向的磁化过程，其中，磁化过程包括：向另一个预备加热结构通入第二加热电流，使对应的预备传感结构的预备参考层临界翻转磁场降低；对预备磁传感组所在的空间施加第二预定磁场，使得另一个参考层的磁化方向变为第二方向。
作为一种可选的实施例，在另一个参考层的磁化方向为非第二方向的情况下，通过上述方法就可以保证预备磁传感组中两个参考层的磁化方向相反。
可选地，在向其中的一个预备加热结构通入第一加热电流之前，在制备预备磁传感组之后，方法还包括：对预备磁传感组所在的空间施加初始磁场，使得预备磁传感组中的两个参考层的磁化方向均为第二方向。
作为一种可选的实施例，在制备预备磁传感组之后，可以首先对预备磁传感组所在的空间施加初始磁场，由于预备磁传感组包括两个预备磁传感单元，此时两个预备磁传感单元中对应的参考层的磁化方向是一致的，例如，两个预备磁传感单元中对应的参考层的磁化方向可以同时为上，下，左和右等，也就是使得两个预备磁传感单元的磁化方向同向。进一步，再向其中的一个预备加热结构通入第一加热电流，使对应的预备传感结构的预备参考层临界翻转磁场降低；对预备磁传感组所在的空间施加第一预定磁场，使得其中的一个参考层的磁化方向变为第一方向，这时另一个参考层的磁化方向为与第一方向相反的第二方向，从而形成磁传感组。
作为一种可选的实施例，制备预备磁传感组，对预备磁传感组所在的空间施加初始磁场，使得预备磁传感组中的两个参考层的磁化方向变为第二方向；向其中的一个预备加热结构通入加热电流，使对应的预备传感结构的预备参考层临界翻转磁场降低，对预备磁传感组所在的空间施加第一预定磁场，使得选定参考层的磁化方向变为与第二方向相反的第一方向，形成磁传感组。
可选地，在一个参考层的磁化方向变为第一方向之后，和/或在另一个参考层的磁化方向变为第二方向之后，上述的方法还包括：利用电擦除降低对应的加热结构的电阻。
作为一种可选的实施例，在一个参考层的磁化方向变为第一方向之后，可以利用电擦除降低对应的加热结构电阻，此时阻变层处于低电阻状态，施加电流产生热量小，不会造成参考层临界翻转磁场的降低，此时的参考层的磁化方向就会保持不变，也就是稳定在第一方向；或者，在另一个参考层的磁化方向变为第二方向之后，可以利用电擦除降低对应的加热结构电阻，此时阻变层处于低电阻状态，施加电流产生热量小，不会造成参考层临界翻转磁场的降低，此时的参考层的磁化方向就会保持不变，也就是稳定在第二方向，还可以在一个参考层的磁化方向变为第一方向之后，和在另一个参考层的磁化方向变为第二方向之后，也就是，两个不同的参考层的磁化方向分别变为第一方向和第二方向之后，同时利用电擦除降低对应的加热结构电阻，此时两个阻变层均处于低电阻状态，施加电流产生热量小，不会造成参考层临界翻转磁场的降低，此时的参考层的磁化方向就会保持不变，也就是一个稳定在第一方向，另一个稳定在第二方向。
需要说明的是，在上述中的所涉及的第一方向和第二方向是反向平行的。
下面对本申请优选的实施方式进行说明。
实施例1
在本申请中可以将MTJ和RRAM/PCM相结合，进而实现在同一器件上参考层相反的磁化方向。如图3所示，图3示出了实施例1中PCM工作时的温度分布的示意图。由图3可知，PCM真正发生相变的区域（靠近电阻层的区域）温度在600度以上，但在靠近顶电极的区域可接近常温，我们构建的器件中，可以通过选择合适的电极厚度，使得其温度正好能降低参考层的矫顽力又不会导致MTJ的损伤或失效。利用的正是靠近顶电极一侧的温度来对非挥发性的磁性随机传感器（Magneto Random Access Memory，简称为MRAM）的参考层进行加热，使得相变层的高温对MTJ性能无影响。
实施例2
图4示出了本申请优选实施例中的磁化流程的流程图，如图4所示，该磁化流程的步骤如下：（1）初始状态；（2）电加热R1的串联电阻；（3）整体施加向下磁场；（4）电加热R2的串联电阻；（5）整体施加向上磁场；（6）实现同裸片相反磁化方向。
在具体实施过程中，磁传感器的磁化流程中，在初始状态下MTJ的磁化方向并不唯一，可以是向上、向下、向左、向右等。在电加热R1的串联电阻之后，R1对应的MTJ的参考层临界翻转磁场降低；对R1所在的空间整体施加向下磁场，此时MTJ的参考层的磁化方向变为向下。在电加热R2的串联电阻之后，R2对应的MTJ的参考层临界翻转磁场降低；对R2所在的空间整体施加向上磁场，此时MTJ的参考层的磁化方向变为向上。经过上述步骤最终可以同一裸片相反的磁化方向。
实施例3
图5示出了本申请优选实施例中的磁化流程中施加电流的示意图，如图5所示，在电极TE1与BE1之间施加电流以加热目标位置的传感器单元，电流不仅仅只走过目标位置，还会通过其他三个单元，从而形成两条并联的电路。
考虑其并联的特性，图5中上面线路（目标磁化位置）产生的焦耳热Q=U2/(R1+RH)；另一条电路（非目标磁化位置）产生的焦耳热Q=U2RH/(3RH+2R2+R1)2；取RH>R1=R2，非目标磁化位置产生的焦耳热仅为目标位置的九分之一，因而串扰电流并不会造成邻近单元的误磁化。
实施例4
图6示出了本申请优选实施例中RRAM的电压电流曲线的示意图，如图6所示，RH作为加热单元，其电阻必然较大，会影响器件后续使用的功耗和传感器灵敏度等性能。
优选地，RH可采用RRAM、PCM等可变电阻器件的一种，在磁化过程中，RH作为加热单元，磁化结束后，将RH切换至低阻态，以此有效降低后续使用过程中的功耗和传感器灵敏度。
实施例5
图7示出了本申请优选实施例中的另一磁化流程的示意图，如图7所示，该磁化流程包括：（1）初始状态；（2）实现同裸片相反磁化方向；（3）电擦除降低加热单元电阻。在磁化完所有方向后撤去磁场，再改变所有加热单元的电阻。因此，可以实现同一裸片均实现相反磁化方向时，统一利用电擦除降低加热单元电阻。
实施例6
图8示出了本申请优选实施例中的又一磁化流程的示意图，如图8所示，该磁化流程包括：（1）初始状态；（2）选定区域磁化与降RH同时进行；（3）电擦除降低加热单元电阻。该磁化流程在磁化某一方向的同时把该位置对应加热单元的电阻改变，然后再磁化另一个方向并改变对应加热单元电阻。因此，可以实现同一裸片选定的磁传感组的相反磁化方向时，利用电擦除降低加热单元电阻，以此方法，从而实现所有磁传感组降低加热单元电阻。
图9示出了本申请优选实施例中的磁化与降阻同时进行的时序图，如图9所示，施加电流可以将RRAM / PCM由高阻态切换为低阻态，同时电流脉冲产生的热足以使MTJ区域温度升高至能使钉扎层（相当于参考层）完成磁化方向的转变。
实施例7
图10示出了本申请优选实施例中的磁传感器的结构示意图，如图10所示，该磁传感器包括衬底1001、绝缘材料1002、其中，加热结构包括第一金属电极层1009、阻变层1008以及第二金属电极层1007，传感结构包括依次叠置的参考层1006、非磁层1005、自由层1004和第四金属电极层1003，自由层1004设置在参考层1006的远离加热结构的一侧，各器件之间的连接关系如图10所示。
实施例8
图11示出了本申请优选实施例中的另一磁传感器的结构示意图，如图11所示，该磁传感器包括衬底1001、绝缘材料1002，其中，加热结构包括第一金属电极层1009、阻变层1008以及第二金属电极层1007，传感结构包括依次叠置的第四金属电极层1003、自由层1004、非磁层1005和参考层1006，各器件之间的连接关系如图11所示。
实施例10
图12示出了本申请优选实施例中的又一磁传感器的结构示意图，如图12所示，该磁传感器包括衬底1001、绝缘材料1002，其中，加热结构包括第一金属电极层1009、相变层1203以及第二金属电极层1007，传感结构包括依次叠置的第三金属电极层1201、参考层1006、非磁层1005、自由层1004和第四金属电极层1003，其中，第三金属电极层1201和第二金属电极层1007通过导电通孔1202连接，各器件之间的连接关系如图12所示。
实施例11
图13示出了本申请优选实施例中的再一磁传感器的结构示意图，如图13所示，该磁传感器包括衬底1001、绝缘材料1002，其中，第一加热结构包括第一金属电极层1009、阻变层1008以及第二金属电极层1007，第二加热结构包括第一金属电极层1009，传感结构均包括依次叠置的第四金属电极层1003、自由层1004、非磁层1005和参考层1006，各器件之间的连接关系如图13所示。需要说明的是，在该磁传感器中，其中一个加热结构没有阻变层，仅存在金属电极层，也就是该加热结构对应的传感结构的参考层的磁化方向已经存在，只需要改变另一个加热结构对应的传感结构的参考层的磁化方向，就可以实现两者的磁化方向相反。
需要说明的是，在实施例7至11中，相变层1203和阻变层1008可以相互替换使用，上述相变层和上述阻变层在具体实施中存在使用材料的差异，可以是一种或者多种相变材料或者阻变材料组合形成。
上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
在本申请的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种磁传感器，其特征在于，包括至少一个磁传感器结构，其中，每个所述磁传感器结构包括至少一个磁传感组，各所述磁传感组包括两个磁传感单元，各所述磁传感单元包括串联的传感结构和加热结构，各所述传感结构包括叠置的自由层和参考层，各所述磁传感组中的两个所述磁传感单元的所述参考层的磁化方向相反；
所述加热结构为电阻可变的结构，其中，所述加热结构在工作时电阻保持在低阻态，所述加热结构在所述参考层磁化时电阻保持在高阻态；
其中，一个所述磁传感单元中的所述参考层的磁化方向变为第一方向之后，通过电擦除降低对应的所述加热结构的电阻，另一个所述磁传感单元中的所述参考层的磁化方向变为第二方向之后，通过电擦除降低对应的所述加热结构的电阻；
或者，两个所述磁传感单元中的所述参考层的磁化方向分别变为第一方向和第二方向之后，同时通过电擦除降低对应的所述加热结构的电阻；
所述磁传感组还包括衬底，两个所述加热结构间隔地设置在所述衬底的表面上，各所述传感结构设置在对应的所述加热结构的远离所述衬底的表面上；
所述磁传感组还包括衬底，两个所述传感结构间隔地设置在所述衬底的表面上，各所述加热结构设置在对应的所述传感结构的远离所述衬底的表面上；
所述加热结构包括第二金属电极层，所述传感结构包括第三金属电极层；
所述磁传感组还包括导电通孔，所述第三金属电极层和所述第二金属电极层通过所述导电通孔连接。
2.根据权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，所述加热结构包括依次叠置设置的第一金属电极层、阻变层以及所述第二金属电极层，所述传感结构包括依次叠置的所述第三金属电极层、所述参考层、非磁层、所述自由层和第四金属电极层，所述自由层设置在所述参考层的远离所述加热结构的一侧。
3.根据权利要求2所述的磁传感器，其特征在于，所述第三金属电极层和所述第二金属电极层为同一层。
4.根据权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，所述磁传感组还包括设置在所述衬底表面上的绝缘材料，两个所述磁传感单元间隔地设置在所述绝缘材料中。
5.一种磁传感器的制作方法，所述磁传感器包括至少一个磁传感器结构，其中，每个所述磁传感器结构包括至少一个磁传感组，所述制作方法包括磁传感组的制作过程，其特征在于，所述制作过程包括：
制备预备磁传感组，所述预备磁传感组包括两个预备磁传感单元，各所述预备磁传感单元包括串联的传感结构和加热结构，各预备传感结构包括叠置的自由层和参考层；
向其中的一个预备加热结构通入第一加热电流，使对应的所述预备传感结构的预备参考层临界翻转磁场降低；
对预备磁传感组所在的空间施加第一预定磁场，使得其中的一个所述参考层的磁化方向变为第一方向，另一个所述参考层的磁化方向为与所述第一方向相反的第二方向，形成磁传感组，其中，所述加热结构在所述参考层磁化时电阻保持在高阻态；
在一个所述参考层的磁化方向变为所述第一方向之后，和/或在另一个所述参考层的磁化方向变为所述第二方向之后，所述方法还包括：利用电擦除降低对应的所述加热结构的电阻。
6.根据权利要求5所述的磁传感器的制作方法，其特征在于，所述方法还包括另一个所述参考层的磁化方向变为所述第二方向的磁化过程，其中，所述磁化过程包括：
向另一个所述预备加热结构通入第二加热电流，使对应的所述预备传感结构的预备参考层临界翻转磁场降低；
对预备磁传感组所在的空间施加第二预定磁场，使得另一个所述参考层的磁化方向变为所述第二方向。
7.根据权利要求5所述的磁传感器的制作方法，其特征在于，在向其中的一个所述预备加热结构通入第一加热电流之前，在制备预备磁传感组之后，所述方法还包括：
对所述预备磁传感组所在的空间施加初始磁场，使得所述预备磁传感组中的两个所述参考层的磁化方向均为所述第二方向。
CN201910663268.6A 2019-07-22 2019-07-22 磁传感器及其制作方法 Active CN112289922B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910663268.6A CN112289922B (zh) 2019-07-22 2019-07-22 磁传感器及其制作方法
PCT/CN2020/100504 WO2021012940A1 (zh) 2019-07-22 2020-07-06 磁传感器及其制作方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910663268.6A CN112289922B (zh) 2019-07-22 2019-07-22 磁传感器及其制作方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112289922A CN112289922A (zh) 2021-01-29
CN112289922B true CN112289922B (zh) 2023-05-30

Family

ID=74193177

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910663268.6A Active CN112289922B (zh) 2019-07-22 2019-07-22 磁传感器及其制作方法

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN112289922B (zh)
WO (1) WO2021012940A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117295387B (zh) * 2023-11-24 2024-01-23 江苏多维科技有限公司 一种桥式磁阻传感器的制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6819586B1 (en) * 2003-10-24 2004-11-16 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Thermally-assisted magnetic memory structures
CN102540112A (zh) * 2011-04-06 2012-07-04 江苏多维科技有限公司 单一芯片推挽桥式磁场传感器
CN109633496A (zh) * 2018-12-27 2019-04-16 北京航空航天大学青岛研究院 单、双轴磁场传感器与其制备方法以及设备

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6649423B2 (en) * 2001-10-04 2003-11-18 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Method for modifying switching field characteristics of magnetic tunnel junctions
US7474094B2 (en) * 2004-08-31 2009-01-06 International Business Machines Corporation Reorientation of magnetic layers and structures having reoriented magnetic layers
JP2006332218A (ja) * 2005-05-25 2006-12-07 Hitachi Ltd 熱アシスト型のスピン注入磁化反転を利用した磁気記録装置
KR101344799B1 (ko) * 2009-03-12 2013-12-26 후지쯔 가부시끼가이샤 반도체 기억 장치 및 그 제조 방법
CN102226836A (zh) * 2011-04-06 2011-10-26 江苏多维科技有限公司 单一芯片桥式磁场传感器及其制备方法
JP2014049497A (ja) * 2012-08-29 2014-03-17 Toshiba Corp 不揮発性半導体記憶装置及びその動作方法
CN104103753B (zh) * 2013-04-09 2017-09-08 昇佳电子股份有限公司 磁阻膜层结构以及使用此磁阻膜层结构的磁场传感器
JP6182993B2 (ja) * 2013-06-17 2017-08-23 ソニー株式会社 記憶素子、記憶装置、記憶素子の製造方法、磁気ヘッド
US20150069555A1 (en) * 2013-09-09 2015-03-12 Shintaro SAKAI Magnetic memory
ITTO20130775A1 (it) * 2013-09-26 2015-03-27 St Microelectronics Srl Dispositivo sensore con sistema di calibrazione integrato e metodo di calibrazione dello stesso
US20160260773A1 (en) * 2015-03-04 2016-09-08 Kabushiki Kaisha Toshiba Magnetoresistive element, method of manufacturing magnetoresistive element, and memory device
US9842988B2 (en) * 2015-07-20 2017-12-12 Headway Technologies, Inc. Magnetic tunnel junction with low defect rate after high temperature anneal for magnetic device applications
CN105280809B (zh) * 2015-09-14 2018-03-27 华中科技大学 一种磁隧道结及其制备方法
DE102017129346A1 (de) * 2016-12-13 2018-06-14 Infineon Technologies Ag Magnetsensorschaltungen und -systeme und Verfahren zum Bilden von Magnetsensorschaltungen

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6819586B1 (en) * 2003-10-24 2004-11-16 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Thermally-assisted magnetic memory structures
CN102540112A (zh) * 2011-04-06 2012-07-04 江苏多维科技有限公司 单一芯片推挽桥式磁场传感器
CN109633496A (zh) * 2018-12-27 2019-04-16 北京航空航天大学青岛研究院 单、双轴磁场传感器与其制备方法以及设备

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021012940A1 (zh) 2021-01-28
CN112289922A (zh) 2021-01-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108538328B (zh) 一种磁性存储器的数据写入方法
EP2342714B1 (en) Reducing spin pumping induced damping of a free layer of a memory device
KR101414485B1 (ko) 개선된 고용량 저비용 다중-상태 자기 메모리
JP6193312B2 (ja) 磁気積層体設計
US20160149124A1 (en) Mram having spin hall effect writing and method of making the same
US9236105B2 (en) Magnetic memory devices and methods of writing data to the same
EP2201570B1 (en) Magnetic element having reduced current density
US9461243B2 (en) STT-MRAM and method of manufacturing the same
US8236576B2 (en) Magnetic logic element with toroidal multiple magnetic films and a method of logic treatment using the same
KR102406722B1 (ko) 자기 메모리 장치 및 그 제조 방법
US11257862B2 (en) MRAM having spin hall effect writing and method of making the same
KR102338319B1 (ko) 자기 메모리 장치 및 그 제조 방법
US9741929B2 (en) Method of making a spin-transfer-torque magnetoresistive random access memory (STT-MRAM)
JP2006196893A (ja) 磁気メモリ素子の熱アシスト切替えを行うためのハードマスク
WO2019195747A2 (en) Spin orbit torque magnetoresistive devices and methods therefor
US20060011958A1 (en) Magnetic random access memory with bit line and/or digit line magnetic layers
JP2003197880A (ja) ショットキーダイオードを用いたマグネチックｒａｍ
JP2005229099A (ja) 積層可能な構造を有する高密度磁気ランダムアクセスメモリ（ｍｒａｍ）のための方法および装置
US8848435B2 (en) Magnetic resistance memory apparatus having multi levels and method of driving the same
CN103650051A (zh) 具有本地源极线的存储器阵列
US20190207091A1 (en) HIGH RETENTION STORAGE LAYER USING ULTRA-LOW RA MgO PROCESS IN PERPENDICULAR MAGNETIC TUNNEL JUNCTIONS FOR MRAM DEVICES
JP2015179844A (ja) 犠牲挿入層を用いるスピン移動トルク磁気デバイスで使用可能な垂直磁気異方性磁気接合を提供する方法
CN207925523U (zh) 存储器件及电子设备
CN112289922B (zh) 磁传感器及其制作方法
US11527708B2 (en) Ultra-fast magnetic random access memory having a composite SOT-MTJ structure

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant