CN113196075A - 具有不同ra tmr膜的磁传感器阵列 - Google Patents

Abstract

本公开整体涉及具有四个电阻器的惠斯通电桥阵列。每个电阻器包括多个TMR结构。两个电阻器具有相同的TMR结构。其余两个电阻器也具有相同的TMR结构，但该TMR结构不同于其他两个电阻器。另外，与具有相同TMR结构的其余两个电阻器相比，具有相同TMR结构的该两个电阻器具有不同电阻面积。因此，该惠斯通电桥阵列的工作偏置场非零。

Description

具有不同RA TMR膜的磁传感器阵列

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年12月30日提交的美国申请16/730,730的优先权，该申请要求2019年8月26日提交的美国临时专利申请序列号62/891,934的优先权和权益，这两个专利申请据此以引用方式并入本文。

背景技术

技术领域

本公开的实施方案整体涉及惠斯通电桥阵列及其制造方法。

相关领域的描述

惠斯通电桥是用于通过平衡电桥电路的两个支路来测量未知电阻的电路，其中一个支路包含未知部件。与简单的分压器相比，惠斯通电路提供了极其准确的测量结果。

惠斯通电桥包括多个电阻器，尤其是最近包括磁性材料诸如磁传感器。磁传感器可包括霍尔效应磁传感器、各向异性磁阻传感器(AMR)、巨磁阻(GMR)传感器和隧道磁阻(TMR)传感器。与其他磁传感器相比， TMR传感器具有非常高的灵敏度。

惠斯通电桥的工作偏置场通常为零。磁体用于针对惠斯通电桥中的 TMR传感器生成场。TMR传感器检测沿X方向的磁场。磁性位置变化将影响磁场，并且因此影响偏置场位置。虽然对于惠斯通电桥的初始状态通常期望0工作偏置场，但用户可偏好具有非零初始状态。

因此，本领域需要具有非零偏置场的惠斯通电桥阵列。

发明内容

本公开整体涉及具有四个电阻器的惠斯通电桥阵列。每个电阻器包括多个TMR结构。两个电阻器具有相同的TMR结构。其余两个电阻器也具有相同的TMR结构，但该TMR结构不同于其他两个电阻器。另外，与具有相同TMR结构的该其余两个电阻器相比，具有相同TMR结构的该两个电阻器具有不同电阻面积。因此，该惠斯通电桥阵列的工作偏置场非零。

在一个实施方案中，TMR传感器装置包括：第一电阻器，该第一电阻器包括具有第一电阻面积的第一多个隧道磁阻(TMR)结构；和第二电阻器，该第二电阻器包括具有第二电阻面积的第二多个TMR结构，其中该第一电阻面积大于该第二电阻面积。

在另一个实施方案中，TME传感器装置包括：多个电阻器，该多个电阻器各自包含多个TMR结构，其中该多个电阻器中的至少两个电阻器包含不同电阻面积，并且其中该至少两个电阻器的该TMR结构不同。

在另一个实施方案中，制造TMR传感器装置的方法包括：形成第一电阻器，该第一电阻器包括第一多个TMR结构和第一电阻面积；形成第二电阻器，该第二电阻器包括第二多个TMR结构和第二电阻面积；形成第三电阻器，该第三电阻器包括该第一多个TMR结构和该第一电阻面积；和形成第四电阻器，该第四电阻器包括该第二多个TMR结构和该第二电阻面积，其中该第一多个TMR结构不同于该第二多个TMR结构。

附图说明

因此，通过参考实施方案，可以获得详细理解本公开的上述特征的方式、本公开的更具体描述、上述简要概述，所述实施方案中的一些在附图中示出。然而，应当注意的是，附图仅示出了本公开的典型实施方案并且因此不应视为限制其范围，因为本公开可以允许其他同等有效的实施方案。

图1是惠斯通电桥阵列设计的示意图。

图2A和图2B是根据一个实施方案的TMR结构的示意图。

图2C和图2D是根据一个实施方案的另一个TMR结构的示意图。

图3A和图3B是示出两个不同惠斯通电桥阵列的工作偏置场的图。

图4是惠斯通电桥阵列的示意图，其中每个电阻器具有多个TMR结构。

图5A和图5B是示出TMR结构的R-H曲线的图。

图6A和图6B是示出TMR结构的R-H曲线的图。

图7是示出制造惠斯通电桥阵列的方法的流程图。

为了有助于理解，在可能的情况下，使用相同的参考标号来表示附图中共有的相同元件。可以设想是，在一个实施方案中公开的元件可以有利地用于其他实施方案而无需具体叙述。

具体实施方式

在下文中，参考本公开的实施方案。然而，应当理解的是，本公开不限于具体描述的实施方案。相反，思考以下特征和元件的任何组合(无论是否与不同实施方案相关)以实现和实践本公开。此外，尽管本公开的实施方案可以实现优于其他可能解决方案和/或优于现有技术的优点，但是否通过给定实施方案来实现特定优点不是对本公开的限制。因此，以下方面、特征、实施方案和优点仅是说明性的，并且不被认为是所附权利要求书的要素或限制，除非在权利要求书中明确地叙述。同样地，对“本公开”的引用不应当被解释为本文公开的任何发明主题的概括，并且不应当被认为是所附权利要求书的要素或限制，除非在权利要求书中明确地叙述。

本公开整体涉及具有四个电阻器的惠斯通电桥阵列。每个电阻器包括多个TMR结构。两个电阻器具有相同的TMR结构。其余两个电阻器也具有相同的TMR结构，但该TMR结构不同于其他两个电阻器。另外，与具有相同TMR结构的其余两个电阻器相比，具有相同TMR结构的两个电阻器具有不同电阻面积。因此，惠斯通电桥阵列的工作偏置场非零。

图1是惠斯通电桥阵列100设计的示意图。阵列100包括偏置源102、第一电阻器104、第二电阻器106、第三电阻器108、第四电阻器110、第一传感器输出焊盘112、第二传感器输出焊盘114和接地连接件116。从偏置源102到接地连接件116跨阵列施加偏置电压。第一传感器输出焊盘112和第二传感器输出焊盘114感测所施加电压的输出。来自电阻器104、106、 108、110的任何温度变化均可被抵消。

如本文所讨论，电阻器104、106、108、110各自包括TMR传感器。在一个实施方案中，TMR传感器各自是独特且不同的，使得电阻器104、 106、108、110具有不同电阻。在另一个实施方案中，TMR传感器相同，但是电阻器104、106、108、110不同。在又一个实施方案中，电阻器 104、110彼此相同(因为包括电阻器104、110的TMR传感器彼此相同)，并且电阻器106、108彼此相同(因为包括电阻器106、108的TMR传感器彼此相同)但与电阻器104、110不同。对于阵列100中的TMR传感器，阵列100的RA为约100欧姆/微米²。

典型的磁场传感器在惠斯通电桥电路中使用MR(磁阻)装置。该传感器需要MR装置在电桥中不同地变化。如本文所讨论，制造磁场传感器的新方法是在同一层中制造两个不同的TMR膜。TMR膜的可靠性和性能确定磁阻响应。这样，结合不同TMR膜特征，可制造用于磁场传感器的完美惠斯通电桥设计。

关于图1，如果包括电阻器104、106、108、110的TMR传感器的自由层具有与钉扎层磁化方向成+45°或-45°的长轴，则由于形状各向异性，自由层易磁化轴被限制为沿着长轴，并且磁化方向可以如简图所示通过来自设置线电流的安培场设置，尤其是在于自由层顶部上存在正交于自由层长轴的设置线的情形下。

当沿着Y轴施加磁场时，电阻器110和104随场增大而增大，而电阻器106、108随场增大而减小。这种不同的响应实现惠斯通电桥，并且传感器灵敏度与输出电压成比例，该输出电压与电阻器110(或电阻器104)和电阻器106(或电阻器108)之间的差值成比例。然而，在使用中，由于 45°自由层或钉扎层初始状态，仅一半的磁阻变化被使用。如果自由层到钉扎层初始状态可为90°并且仍然具有两种不同的磁阻变化，则传感器灵敏度可增加两倍。

如果自由层和钉扎层正交，则钉扎层磁化方向由磁性退火方向设置。通常，电阻器104、106、108、110由相同的TMR膜制成并且经历相同的过程，因此全部具有相同的钉扎层方向。每个装置都可以全MR比来工作，但是所有装置都以相同的方式响应于外部场，因此根本不存在输出电压。解决该问题的简单方法是通过用厚NiFe膜覆盖来屏蔽电阻器106和电阻器 108，使得电阻器106和电阻器108将不响应磁场。另选地，可用恒定电阻器代替电阻器106和108。然而，这种半桥感测方案也将降低输出电压并因此限制灵敏度。

图2A和图2B是根据一个实施方案的TMR结构200的示意图。图2A 示出了在磁性退火期间的TMR结构200，并且图2B示出了在磁性退火之后的TMR结构200。应当理解，术语“TMR传感器”和“TMR结构”可互换使用。TMR传感器200包括晶种层202，该晶种层将形成在底部引线(未示出)上。在一个实施方案中，晶种层202包含导电材料诸如钌，并且具有介于约10埃至约100埃之间的厚度，并且通过熟知的沉积方法诸如电镀、化学镀或溅镀进行沉积。另外，应当理解，虽然钌已被例示为晶种层202材料，但也设想了其他材料，并且本文所讨论的实施方案不限于将钌用于晶种层202。

反铁磁(AFM)层204设置在晶种层202上。用于AFM层204的合适材料包括厚度介于约40埃至约500埃之间(诸如介于约40埃和约100埃之间)的IrMn或PtMn。AFM层204可通过熟知的沉积方法(诸如溅射)形成。另外，应当理解，虽然IrMn和PtMn已被例示为AFM层204材料，但也设想了其他材料，并且本文所讨论的实施方案不限于将IrMn或PtMn用于AFM层204。

钉扎层206设置在AFM层204上。用于钉扎层206的合适材料包括厚度介于约20埃和约30埃之间的CoFe或Co/CoFe/Co多层叠堆。钉扎层206 可通过熟知的沉积方法(诸如溅射)形成。另外，应当理解，虽然CoFe或 Co/CoFe/Co已被例示为钉扎层206材料，但也设想了其他材料，并且本文所讨论的实施方案不限于将CoFe或Co/CoFe/Co用于钉扎层206。

间隔层208设置在钉扎层206上。用于间隔层208的合适材料包括厚度介于约4埃至约10埃之间的Ru。间隔层208可通过熟知的沉积方法(诸如溅射)形成。另外，应当理解，虽然钌已被例示为间隔层208材料，但也设想了其他材料，并且本文所讨论的实施方案不限于将钌用于间隔层208。

参考层210设置在间隔层208上。用于参考层210的合适材料包括作为多层叠堆的CoFe/Ta/CoFeB/CoFe。第一CoFe层可具有介于约8埃至约10 埃之间的厚度。Ta层可具有介于约0.5埃至约2埃之间的厚度。CoFeB层可具有介于约10埃至约15埃之间的厚度。第二CoFe层可具有介于约3埃至约10埃之间的厚度。参考层210可通过熟知的沉积方法(诸如溅射)形成。另外，应当理解，虽然CoFe/Ta/CoFeB/CoFe已被例示为参考层210材料，但也设想了其他材料，并且本文所讨论的实施方案不限于将 CoFe/Ta/CoFeB/CoFe用于参考层210。

阻挡层212设置在参考层210上。用于阻挡层212的合适材料包括厚度介于约10埃至约20埃之间的MgO。应当理解，虽然MgO被例示为阻挡层 212，但也设想了其他绝缘材料。

自由层214设置在间隔层212上。用于自由层214的合适材料包括 CoFe/CoFeB/Ta/NiFe多层叠堆。CoFe层可具有介于约3埃至约10埃之间的厚度。CoFeB层可具有介于约10埃至约20埃之间的厚度。Ta层可具有介于约0.5埃至约2埃之间的厚度。NiFe层可具有介于约3埃至约300埃之间，诸如介于约3埃和约10埃之间或介于约10埃和约300埃之间的厚度。自由层214可通过熟知的沉积方法(诸如溅射)形成。此外，应当理解，虽然CoFe/CoFeB/Ta/NiFe已被例示为自由层214材料，但也设想了其他材料，并且本文所讨论的实施方案不限于将CoFe/CoFeB/Ta/NiFe用于自由层 214。

可在自由层214上方形成覆盖层。在磁烘箱中，将TMR传感器200以介于约250摄氏度至约300摄氏度之间的温度、在介于约10,000Oe至约 50,000Oe之间的磁场下退火。钉扎层206被AFM层204钉扎，如箭头272 所示，并且当施加外部场时磁矩将不会变化。参考层210通过薄间隔层208 与钉扎层206反铁磁地耦接，如由箭头274所示。参考层210也是固定的。自由层214可略微地偏置以获得线性信号。当如由箭头276所示施加外部场时，自由层214可旋转。如图2A和图2B所示，参考层210由于磁性退火而翻转。

图2C和图2D是根据一个实施方案的TMR结构250的示意图。图2C 示出了在磁性退火期间的TMR结构250，并且图2D示出了在磁性退火之后的TMR结构250。应当理解，术语“TMR传感器”和“TMR结构”可互换使用。TMR传感器250包括晶种层252，该晶种层将形成在底部引线(未示出)上。在一个实施方案中，晶种层252包含导电材料诸如钌，并且具有介于约10埃至约100埃的厚度，并且通过熟知的沉积方法诸如电镀、化学镀或溅镀进行沉积。另外，应当理解，虽然钌已被例示为晶种层252材料，但也设想了其他材料，并且本文所讨论的实施方案不限于将钌用于晶种层 252。

AFM层254设置在晶种层252上。用于AFM层254的合适材料包括厚度介于约40埃至约500埃之间(诸如介于约40埃和约100埃之间)的IrMn 或PtMn。AFM层254可通过熟知的沉积方法(诸如溅射)形成。另外，应当理解，虽然IrMn和PtMn已被例示为AFM层254材料，但也设想了其他材料，并且本文所讨论的实施方案不限于将IrMn或PtMn用于AFM层404。

第一钉扎层256设置在AFM层254上。用于第一钉扎层256的合适材料包括厚度介于约20埃和约30埃之间的CoFe或Co/CoFe/Co多层叠堆。第一钉扎层256可通过熟知的沉积方法(诸如溅射)形成。另外，应当理解，虽然CoFe或Co/CoFe/Co已被例示为第一钉扎层256材料，但也设想了其他材料，并且本文所讨论的实施方案不限于将CoFe或Co/CoFe/Co用于第一钉扎层256。

第一间隔层258设置在第一钉扎层256上。用于第一间隔层258的合适材料包括厚度介于约4埃至约10埃之间的Ru。第一间隔层258可通过熟知的沉积方法(诸如溅射)形成。另外，应当理解，虽然钌已被例示为第一间隔层258材料，但也设想了其他材料，并且本文所讨论的实施方案不限于将钌用于第一间隔层258。

第二钉扎层260设置在第一间隔层258上。用于第二钉扎层260的合适材料包括厚度介于约20埃和约45埃之间的CoFe或Co/CoFe/Co多层叠堆。第二钉扎层260可通过熟知的沉积方法(诸如溅射)形成。另外，应当理解，虽然CoFe或Co/CoFe/Co已被例示为第二钉扎层260材料，但也设想了其他材料，并且本文所讨论的实施方案不限于将CoFe或Co/CoFe/Co用于第二钉扎层260。第二钉扎层260厚于第一钉扎层256。

第二间隔层262设置在第二钉扎层260上。用于第二间隔层262的合适材料包括厚度介于约4埃至约10埃之间的Ru。第二间隔层262可通过熟知的沉积方法(诸如溅射)形成。另外，应当理解，虽然钌已被例示为第二间隔层262材料，但也设想了其他材料，并且本文所讨论的实施方案不限于将钌用于第二间隔层262。

参考层264设置在第二间隔层262上。用于参考层参考层264的合适材料包括作为多层叠堆的CoFe/Ta/CoFeB/CoFe。第一CoFe层可具有介于约8 埃至约10埃之间的厚度。Ta层可具有介于约0.5埃至约2埃之间的厚度。 CoFeB层可具有介于约10埃至约15埃之间的厚度。第二CoFe层可具有介于约3埃至约10埃之间的厚度。参考层264可通过熟知的沉积方法(诸如溅射)形成。另外，应当理解，虽然CoFe/Ta/CoFeB/CoFe已被例示为参考层264材料，但也设想了其他材料，并且本文所讨论的实施方案不限于将 CoFe/Ta/CoFeB/CoFe用于参考层264。

阻挡层266设置在参考层264上。用于阻挡层266的合适材料包括厚度介于约10埃至约20埃之间的MgO。应当理解，虽然MgO被例示为阻挡层 266，但也设想了其他绝缘材料。

自由层268设置在阻挡层266上。用于自由层268的合适材料包括 CoFe/CoFeB/Ta/NiFe多层叠堆。CoFe层可具有介于约3埃至约10埃之间的厚度。CoFeB层可具有介于约10埃至约20埃之间的厚度。Ta层可具有介于约0.5埃至约2埃之间的厚度。NiFe层可具有介于约3埃至约300埃之间，诸如介于约3埃和约10埃之间或介于约10埃和约300埃之间的厚度。自由层268可通过熟知的沉积方法(诸如溅射)形成。另外，应当理解，虽然CoFe/CoFeB/Ta/NiFe已被例示为自由层268材料，但也设想了其他材料，并且本文所讨论的实施方案不限于将CoFe/CoFeB/Ta/NiFe用于自由层 268。

对于惠斯通电桥阵列，所有电阻器不能都相同。相反，例如，电阻器 104、110彼此相同，并且电阻器106、108彼此相同并且与电阻器104、110 不同。在某些实施方案中，TMR传感器250将表示电阻器106、108。

可在自由层268上方形成覆盖层。在磁烘箱中，将TMR传感器250以介于约250摄氏度至约300摄氏度之间的温度、在介于约10,000Oe至约 50,000Oe之间的磁场下退火。在磁性退火期间，第一钉扎层256、第二钉扎层260和参考层264的磁矩全部被设置为如图2C中的箭头282、284、286 所示的相同方向。在磁性退火之后，由于合成反铁磁结构，参考层210将反平行于第一钉扎层256。然而，参考层264将平行于第一钉扎层256并且反平行于第二钉扎层260。因此，参考层210、264将在相反方向上具有磁矩。自由层268可略微地偏置以获得线性信号。当如由箭头288所示施加外部场时，自由层268可旋转。

图3A和图3B是示出两个不同惠斯通电桥阵列的工作偏置场的图。膜 A可指TMR结构200，而膜B可指TMR结构250。图3A中的点A为膜A 和膜B的线相交的位置。在图3A中，点A位于偏置场为0的位置处。如上所述，用户常常期望膜A和膜B的线相交的位置为非零位置。因此，对膜 A或膜B或两者的线进行偏移可用于适应用户对非零位置的期望。如图3B 所示，点B为膜A和膜B的线相交的位置，该位置位于非零位置处。该非零位置被示出为-350Oe，但是应当理解，该位置不必须是-350Oe，而是可以由用户选择。然后，可如下所述设计惠斯通电桥阵列以满足用户需求。

图4是惠斯通电桥阵列400的示意图，其中每个电阻器R1、R2、R3、 R4具有多个TMR结构。R1可对应于电阻器104；R2可对应于电阻器106； R3可对应于电阻器110；并且R4可对应于电阻器108。当工作场偏置设为 0时，则R1＝R2＝R3＝R4。另外，基于TMR结构，电阻器R1和R3不同于电阻器R2和R4，以提供两种不同的磁阻响应。

在阵列400中，每个电阻器R1、R2、R3、R4包括多个TMR结构200、 250。更具体地讲，在一个实施方案中，电阻器R1和R3将包括多个TMR 结构200，并且电阻器R2和R4将包括多个TMR结构250。在另一个实施方案中，电阻器R1和R3将包括多个TMR结构250，并且电阻器R2和R4 将包括多个TMR结构200。为简单起见，图4示出了电阻器R1和R3具有 TMR结构200，而电阻器R2和R4具有TMR结构250。电阻器R1和R3中的TMR结构200、250的数量和设计都相同。类似地，电阻器R2和R4中的TMR结构200、250的数量和设计也都相同。

典型的磁场传感器在惠斯通电桥电路中使用MR装置。关键是使电桥中的MR不同地变化。在本文中，磁场传感器具有可调整的偏置点。两组不同的TMR结构200、250具有两种不同的磁阻响应。TMR结构200、250 两者都具有彼此正交的自由层磁矩和钉扎层磁矩，但是磁阻响应相反(即，一个TMR结构具有随外部磁场增大而线性增大的电阻，而另一个具有随外部磁场增大而线性减小的电阻)。另外，可以对偏置点进行调整以在给定的外部磁场范围内工作。

当用户期望具有非零工作场偏置的惠斯通电桥阵列时，需要对电阻器进行调整。在本文所讨论的实施方案中，TMR结构200、250的数量对于所有电阻器R1-R4是相同的。然而，电阻器R1-R4的电阻面积不同。更具体地讲，TMR结构200、250具有相同长度和宽度，但TMR结构200、250具有不同阻挡层厚度。关于TMR结构200，总阻挡层厚度介于约10埃和约20埃之间。另一方面，TMR结构250将具有介于约10.5埃和约20.5埃之间的总阻挡层厚度。总之，TMR结构250的阻挡层厚度大于TMR结构200的阻挡层厚度。因此，由于阻挡层厚度的差异，TMR结构200、250的电阻面积(RA)不同。更具体地讲，TMR结构250的RA小于TMR结构200的RA。甚至更具体地讲，TMR结构200、250的阻挡层212、266的不同厚度导致不同RA。

不同RA致使非零工作场偏置发生。电阻器R1和R3的RA将相同，而电阻器R2和R4所具有的RA彼此相同但与电阻器R1和R3的RA不同。 TMR结构200、250的不同RA导致非零工作场偏置。如果电阻器R1-R4全部具有相同RA和相同数量的TMR结构200、250，则工作场偏置将为零。通过使电阻器R1和R3相对于电阻器R2和R4的RA不同，使得工作场偏置非零。另外，虽然TMR结构200、250的RA不同，但即使不同的电阻器 R1-R4具有不同的TMR结构200、250，TMR结构200、250的数量也相同。

对于图4所示的实施方案，TMR结构200的RA不同于TMR结构250 的RA。TMR结构200、250的磁阻不同。对于电阻器R1-R4，存在以阵列耦接在一起的多个TMR结构200、250。

在一个实施方案中，电阻器R1和R3具有布置成阵列的多个TMR结构 200；电阻器R2和R4具有布置成阵列的多个TMR结构250；并且电阻器 R1和R3的TMR结构200的RA大于电阻器R2和R4的TMR结构250的 RA。在另一个实施方案中，电阻器R1和R3具有布置成阵列的多个TMR 结构250；电阻器R2和R4具有布置成阵列的多个TMR结构200；并且电阻器R1和R3的TMR结构250的RA小于电阻器R2和R4的TMR结构200 的RA。在任何实施方案中，电阻器R1-R4的TMR结构200、250的数量相同。

图5A和图5B是示出TMR结构200、250的R-H曲线的图。图5A示出了TMR结构200，而图5B示出了TMR结构250。TMR结构200与TMR 结构250相比具有更大的RA。输出电压为零，因为TMR结构200、250两者具有不同RA。另外，因为参考层210、264在两个TMR结构200、250中具有相反的磁性方向，所以两个传感器将以不同方式感测外部场，其中一个具有正斜率，并且另一个具有负斜率。

图6A和图6B是示出TMR结构200、250的R-H曲线的图。在图6A 中，与TMR结构250相比，TMR结构200具有更大的RA。在图6B中，示出在450Oe处为零的输出。

图7是示出制造惠斯通电桥阵列的方法700的流程图。该方法操作如下：在步骤702中，初始接收来自用户的工作偏置场的范围。然后，在步骤 704中，设置两个电阻器的TMR结构的RA。此后，在步骤706中，基于两个电阻器的TMR结构的RA确定实现由用户选择的工作场偏置范围的中点工作场偏置所需的TMR结构的RA。最后，在步骤708中，同时制造每个电阻器的TMR结构。

在一个实施方案中，TMR传感器装置包括：第一电阻器，该第一电阻器包括具有第一电阻面积的第一多个隧道磁阻(TMR)结构；和第二电阻器，该第二电阻器包括具有第二电阻面积的第二多个TMR结构，其中该第一电阻面积大于该第二电阻面积。该第一多个TMR结构中的该TMR结构彼此相同。该第二多个TMR结构中的该TMR结构彼此相同。该第一多个 TMR结构中的该TMR结构不同于该第二多个TMR结构中的该TMR结构。该TMR传感器装置还包括：第三电阻器，该第三电阻器包括具有第三电阻面积的第三多个TMR结构；和第四电阻器，该第四电阻器包括具有第四电阻面积的第四多个TMR结构。该第三电阻面积大于该第四电阻面积。该第三电阻面积等于该第一电阻面积。该第四电阻面积等于该第二电阻面积。该第三多个TMR结构中的该TMR结构彼此相同。该第四多个TMR结构中的该TMR结构彼此相同。该第三多个TMR结构中的该TMR结构与该第一多个TMR结构中的所述TMR结构相同。该第四多个TMR结构中的该TMR 结构与该第二多个TMR结构中的该TMR结构相同。

在另一个实施方案中，TMR传感器装置包括：多个电阻器，该多个电阻器各自包含多个TMR结构，其中该多个电阻器中的至少两个电阻器包含不同电阻面积，并且其中该至少两个电阻器的该TMR结构不同。该多个电阻器具有相同数量的TMR结构。该阵列具有小于0Oe的偏置点。至少一个 TMR结构包含合成反铁磁结构。包含该合成反铁磁结构的TMR结构多于不包含该合成反铁磁结构的TMR结构。

在另一个实施方案中，制造TMR传感器装置的方法包括：形成第一电阻器，该第一电阻器包括第一多个TMR结构和第一电阻面积；形成第二电阻器，该第二电阻器包括第二多个TMR结构和第二电阻面积；形成第三电阻器，该第三电阻器包括该第一多个TMR结构和该第一电阻面积；和形成第四电阻器，该第四电阻器包括该第二多个TMR结构和该第二电阻面积，其中该第一多个TMR结构不同于该第二多个TMR结构。该第三电阻器和该第一电阻器基本上相同。该第一电阻面积是该第二电阻面积的两倍以上。

在一个实施方案中，TMR传感器用于作为单轴传感器操作的相机中。此类传感器的示例见于美国专利申请公布2019/0020822A1中，该专利申请公布以引用方式并入本文。然而，预期TMR传感器可用作二维或甚至三维传感器。另外，预期TMR传感器可集成并用于除了相机之外的惯性测量单元技术中，诸如可穿戴装置、罗盘和MEMS装置。此外，TMR传感器可作为位置传感器、桥角传感器、磁开关、电流传感器或它们的组合来操作。 TMR传感器可用于通过使用TMR传感器作为位置和角度传感器来聚焦相机，诸如智能电话相机。另外，TMR传感器在汽车工业中也可以作为开关、电流和角度传感器来替代电流霍尔传感器、各向异性磁阻(AMR)传感器和巨磁阻(GMR)传感器。TMR传感器也可在无人机和机器人工业中用作位置和角度传感器。医疗装置也可利用TMR传感器来对输注系统进行流量控制，还可以使用内窥镜相机传感器等。因此，本文所讨论的TMR传感器具有远远超出智能电话相机的应用，并且因此不应限于用作智能电话相机的传感器。此外，TMR传感器不需要布置成惠斯通电桥布置，而是能够以任何数量的方式布置。

通过改变惠斯通电桥阵列中特定电阻器组内的TMR结构的电阻面积，同时保持所有电阻器的TMR结构的数量恒定，可定制工作偏置场点以满足用户的需要。

虽然前述内容针对本公开的实施方案，但是可以在不脱离本公开的基本范围的情况下设想本公开的其他和另外的实施方案，并且本公开的范围由所附权利要求书确定。

Claims (20)

1.一种隧道磁阻(TMR)传感器装置，包括：

第一电阻器，所述第一电阻器包括具有第一电阻面积的第一多个TMR结构；和

第二电阻器，所述第二电阻器包括具有第二电阻面积的第二多个TMR结构，其中所述第一电阻面积大于所述第二电阻面积。

2.根据权利要求1所述的TMR传感器装置，其中所述第一多个TMR结构中的所述TMR结构彼此相同。

3.根据权利要求2所述的TMR传感器装置，其中所述第二多个TMR结构中的所述TMR结构彼此相同。

4.根据权利要求3所述的TMR传感器装置，其中所述第一多个TMR结构中的所述TMR结构不同于所述第二多个TMR结构中的所述TMR结构。

5.根据权利要求1所述的TMR传感器装置，还包括：

第三电阻器，所述第三电阻器包括具有第三电阻面积的第三多个TMR结构；和

第四电阻器，所述第四电阻器包括具有第四电阻面积的第四多个TMR结构。

6.根据权利要求5所述的TMR传感器装置，其中所述第三电阻面积大于所述第四电阻面积。

7.根据权利要求6所述的TMR传感器装置，其中所述第三电阻面积等于所述第一电阻面积。

8.根据权利要求7所述的TMR传感器装置，其中所述第四电阻面积等于所述第二电阻面积。

9.根据权利要求8所述的TMR传感器装置，其中所述第三多个TMR结构中的所述TMR结构彼此相同。

10.根据权利要求9所述的TMR传感器装置，其中所述第四多个TMR结构中的所述TMR结构彼此相同。

11.根据权利要求10所述的TMR传感器装置，其中所述第三多个TMR结构中的所述TMR结构与所述第一多个TMR结构中的所述TMR结构相同。

12.根据权利要求11所述的TMR传感器装置，其中所述第四多个TMR结构中的所述TMR结构与所述第二多个TMR结构中的所述TMR结构相同。

13.一种TMR传感器装置，包括：

多个电阻器，所述多个电阻器各自包含多个TMR结构，其中所述多个电阻器中的至少两个电阻器包含不同电阻面积，并且其中所述至少两个电阻器的所述TMR结构不同。

14.根据权利要求13所述的TMR传感器装置，其中所述多个电阻器具有相同数量的TMR结构。

15.根据权利要求13所述的TMR传感器装置，其中所述TMR传感器装置具有小于0Oe的偏置点。

16.根据权利要求13所述的TMR传感器装置，其中至少一个TMR结构包含合成反铁磁结构。

17.根据权利要求16所述的TMR传感器装置，其中包含所述合成反铁磁结构的TMR结构多于不包含所述合成反铁磁结构的TMR结构。

18.一种制造TMR传感器装置的方法，所述方法包括：形成第一电阻器，所述第一电阻器包括第一多个TMR结构和第一电阻面积；

形成第二电阻器，所述第二电阻器包括第二多个TMR结构和第二电阻面积；

形成第三电阻器，所述第三电阻器包括所述第一多个TMR结构和所述第一电阻面积；和

形成第四电阻器，所述第四电阻器包括所述第二多个TMR结构和所述第二电阻面积，其中所述第一多个TMR结构不同于所述第二多个TMR结构。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述第三电阻器和所述第一电阻器基本上相同。

20.根据权利要求18所述的方法，其中所述第一电阻面积是所述第二电阻面积的两倍以上。

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