CN113466759B

CN113466759B - 单、双轴磁阻磁场传感器和制作方法

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Publication number: CN113466759B
Application number: CN202110740212.3A
Authority: CN
Inventors: 陈伟斌; 冷群文; 朱大鹏; 颜世申
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2021-06-30
Filing date: 2021-06-30
Publication date: 2023-06-13
Anticipated expiration: 2041-06-30
Also published as: CN113466759A

Abstract

本发明涉及单、双轴磁阻磁场传感器和制作方法，衬底上设置有全桥电路，全桥电路包括均为长条形的两个磁阻单元Ⅰ和两个磁阻单元Ⅱ2，全桥电路分成上半部分的两个桥臂和下半部分的两个桥臂，磁阻单元Ⅰ和磁阻单元Ⅱ2平行相对，磁阻单元Ⅰ长轴方向与磁阻单元Ⅱ2的长轴方向一致；磁阻单元Ⅰ、磁阻单元Ⅱ2由磁性薄膜材料组成，磁阻单元Ⅰ和磁阻单元Ⅱ2的自旋产生层的电流流向相反。本发明后期封装更为方便，可靠性强，且封装成本低，设计具有灵活性，根据不同应用，易于设计传感器的灵敏度和测量范围。

Description

单、双轴磁阻磁场传感器和制作方法

技术领域

本发明涉及单、双轴磁阻磁场传感器和制作方法，属于磁性电子器件领域。

背景技术

磁电阻是指在外磁场作用下材料的电阻发生变化的现象，其可以将各种磁场及其变化的量转变成电信号输出的器件。磁传感器可用作探测、存储、采集、转换、和监控各种磁场信息的任务，已成为信息技术和信息产业中不可缺少的基础元件，已被广泛应用在航空航天、汽车、工业、消费以及军事等诸多领域。基于磁电阻效应的传感器由于高灵敏度、小体积、低功耗及易集成等特点正逐步进入磁传感器市场。而各种不同类型的传感器用于测量时，它们都受到各种限制。例如，像那些使用在电子罗盘和其他类似的磁性传感应用中的廉价的低场传感器，通常包括基于各项异性的磁阻 (AMR) 器件。为了达到所需的灵敏度和合适的电阻以便与 CMOS 融合，这种传感器的传感单元大小通常在平方毫米的量级。对于移动设备的应用，在费用、电路板面积和功耗上，这样的 AMR 传感器的配置都是昂贵的。其他类型的传感器，例如，磁性隧道结点（ MTJ ）传感器和巨磁阻（ GMR ）传感器，已被用于提供较小的配置的传感器，但这种感应器都有各自的不足，例如不够灵感和受温度变化而影响。为了解决这些问题， MTJ传感器和 GMR 传感器已应用于惠斯登（Wheatstone）桥结构，以提高灵敏度，消除温度相关的电阻变化。

目前，角度传感器市场中，历史悠久的霍尔（Hall）传感器仍占主导地位。但霍尔传感器噪声高；灵敏度低；耗能高；小型化使其性能降低。而崭露头角的巨磁阻（GMR）传感器和隧穿磁阻（TMR）以测量精度高；响应时间快；温度稳定性好；功耗低；微型化集成度高等特点，逐渐在传感器市场中占得了一席之地。事实上，两轴的磁场感应器目前已开发用于电子罗盘，通过使用惠斯登桥的结构以检测地磁方向。但是，这种磁场传感器通常每个传感轴包括两个相反的钉扎方向，具有复杂和难以控制的磁化技术和额外的复杂工艺。现有技术中由于难以在一个芯片上制备得到两个相反的钉扎方向，通常采用多芯片拼接的方式得到磁场传感器，而多芯片在拼接时很难避免机械误差，导致成品灵敏度低、成品率低，难以满足大规模生产的需求。

因此，需要有一个改进的传感器的设计和制造工艺，形成每个传感轴有两个相反的钉扎方向，并且具有显著的正交磁化方向的固定层/参考层。需要有一个在同一膜堆上形成的双轴传感器，可以有效地和廉价地构造的一种可使用在移动应用装置中的集成电路结构。

发明内容

为解决以上技术上的不足，本发明提供了一种单、双轴磁阻磁场传感器和制作方法，可靠性强，且封装成本低。

本发明是通过以下措施实现的：

一种单轴磁阻磁场传感器，包括衬底，所述衬底上设置有全桥电路，所述全桥电路包括均为长条形的两个磁阻单元Ⅰ和两个磁阻单元Ⅱ2，全桥电路分成上半部分的两个桥臂和下半部分的两个桥臂，上半部分的两个桥臂分别为由一个磁阻单元Ⅰ组成桥臂Ⅰ和由一个磁阻单元Ⅱ2组成桥臂Ⅱ，下半部分的两个桥臂分别为由另一个磁阻单元Ⅱ2组成桥臂Ⅲ和由另一个磁阻单元Ⅰ组成的桥臂Ⅳ，磁阻单元Ⅰ和磁阻单元Ⅱ2平行相对，磁阻单元Ⅰ长轴方向与磁阻单元Ⅱ2的长轴方向一致；磁阻单元Ⅰ、磁阻单元Ⅱ2由磁性薄膜材料组成，磁阻单元Ⅰ和磁阻单元Ⅱ2的自旋产生层的电流流向相反。

根据本发明优选的，磁阻单元Ⅰ、磁阻单元Ⅱ2刻蚀成可以使软磁自由层易于形成稳定单磁畴结构的长方形、长六角形或长椭圆形。

一种双轴磁阻磁场传感器，所述衬底上设置有两个上下叠加的全桥电路，其中一个全桥电路包括均为长条形的两个磁阻单元Ⅰ和两个磁阻单元Ⅱ2，全桥电路分成上半部分的两个桥臂和下半部分的两个桥臂，上半部分的两个桥臂分别为由一个磁阻单元Ⅰ组成桥臂Ⅰ和由一个磁阻单元Ⅱ2组成桥臂Ⅱ，下半部分的两个桥臂分别为由另一个磁阻单元Ⅱ2组成桥臂Ⅲ和由另一个磁阻单元Ⅰ组成的桥臂Ⅳ，桥臂Ⅰ上的磁阻单元Ⅰ长轴方向与桥臂Ⅳ上的磁阻单元Ⅱ2的长轴方向一致且沿X轴方向延伸；另一个全桥电路包括均为长条形的两个磁阻单元Ⅰ和两个磁阻单元Ⅱ2，全桥电路分成上半部分的两个桥臂和下半部分的两个桥臂，上半部分的两个桥臂分别为由一个磁阻单元Ⅰ组成桥臂Ⅰ和由一个磁阻单元Ⅱ2组成桥臂Ⅱ，下半部分的两个桥臂分别为由另一个磁阻单元Ⅱ2组成桥臂Ⅲ和由另一个磁阻单元Ⅰ组成的桥臂Ⅳ，桥臂Ⅰ上的磁阻单元Ⅰ长轴方向与桥臂Ⅳ上的磁阻单元Ⅱ2的长轴方向一致且沿Y轴方向延伸，两个全桥电路中磁阻单元Ⅰ、磁阻单元Ⅱ2由磁性薄膜材料组成，磁阻单元Ⅰ和磁阻单元Ⅱ2的自旋产生层的电流流向相反。

根据本发明优选的，所述磁性薄膜材料结构采用顶钉扎结构或底钉扎结构，所述磁性薄膜材料结构包括基底、种子层、自旋产生层、反铁磁钉扎层、铁磁被钉扎层、非磁性间层、软磁自由层和覆盖层，所述的自旋产生层的制作材料为重金属、非磁金属、晶体薄膜或外耳半金属中的一种。

根据本发明优选的，重金属为Ta、W、Pt、Au、Hf或Mo中的一种。

根据本发明优选的，非磁金属为Ti。

根据本发明优选的，晶体薄膜为Bi₂Se₃薄膜、Bi₂Te₃薄膜、Sb₂Te₃薄膜、Bi_xSe_1-x薄膜或(Bi_xSb_1-x)₂Te₃薄膜，x<1。

晶体薄膜为现有技术材料。

根据本发明优选的，外尔半金属为单晶、多晶或非晶外尔半金属，外尔半金属选自WTe2、MoTe₂或Mo_xW_1-xTe₂，x<1。

根据本发明优选的，种子层的制作材料为Ta，Ru，W，Mo，Ir，Pt，NiFe，NiFeCr，NiCr中的一种或两种以上组合。

根据本发明优选的，反铁磁钉扎层的制作材料为IrMn，PtMn，FeMn，NiMn，PdMn铁磁金属的一种或两种以上组合，或者NiO，CoO，α-Fe2O3氧化物反铁磁材料中的一种。

根据本发明优选的，软磁自由层、铁磁被钉扎层的制作材料为CoFeB，CoFe，Co，Fe，Ni，CoCrPt，NiFe，CoFeSiB，(Co/Pt)m，(Co/Ni)n，(Co/Pd)p或半金属材料，其中m，n，p指多层堆叠的重复次数。

进一步优选的，半金属材料为XXZ型Heusler合金或X₂YZ型Heusler合金，其中X选自Mn，Co，Fe，Ni，Pd，Cu中的一种或两种以上组合，Y选自Ti，V，Cr，Mn，Fe，Co或Ni的一种或两种以上组合，Z选自Al，Ga，In，Si，Ge，Sn或Sb中的一种或两种以上组合。

根据本发明优选的，非磁性间层的制作材料为氧化物、氮化物、氮氧化物、金属或合金。

进一步优选的，氧化物、氮化物、氮氧化物的组成元素选自Mg，Al，Ti，Hf，Cu，Si，In，La，Ca，Sr，V，Zn或Eu的一种或两种以上组合。

进一步优选的，金属或合金的其组成元素为Cu，Ru，Ag，Au，Ti，Mo，W，Cr，Rh，Ta，Al，Nb，Os，Mg，V中的一种或两种以上组合。

根据本发明优选的，铁磁被钉扎层为合成反铁磁结构（SAF）或自旋阀结构，自旋阀结构包括铁磁被钉扎层，合成反铁磁结构（SAF）包括铁磁被钉扎层1、铁磁被钉扎层2以及位于铁磁被钉扎层1、铁磁被钉扎层2之间的间隔层。

进一步优选的，间隔层材料的制作材料为Ru，Ta，W，Mo，Nb，Cr，Re，Os，Ir，Au，Ag或Cu的一种或两种以上组合。

所述磁性薄膜材料结构采用底钉扎结构，为合成反铁磁结构（SAF）或自旋阀结构；

当为自旋阀结构时，所述磁性薄膜材料结构自下而上依次包括包括基底、种子层、自旋产生层、反铁磁钉扎层、铁磁被钉扎层、非磁性间层、软磁自由层和覆盖层；

当为合成反铁磁结构（SAF）时，所述磁性薄膜材料结构自下而上依次包括包括基底、种子层、自旋产生层、反铁磁钉扎层、铁磁被钉扎层1、间隔层、铁磁被钉扎层2、非磁性间层、软磁自由层和覆盖层。

所述磁性薄膜材料结构采用顶钉扎结构，为合成反铁磁结构（SAF）或自旋阀结构；

当为自旋阀结构时，所述磁性薄膜材料结构自下而上依次包括基底、种子层、软磁自由层、非磁性间层、铁磁被钉扎层、反铁磁钉扎层、自旋产生层、和覆盖层；

当为合成反铁磁结构（SAF）时，所述磁性薄膜材料结构自下而上依次包括基底、种子层、软磁自由层、非磁性间层、铁磁被钉扎层2、间隔层、铁磁被钉扎层1、反铁磁钉扎层、自旋产生层、和覆盖层。

对于自旋产生层电流流向与反铁磁钉扎层钉扎方向呈90度，并且电流反向后，反铁磁钉扎层的钉扎方向也随之改变。如图3，自旋产生层Pt，反铁磁钉扎层IrMn，在Pt中通入电流，会对IrMn产生力矩的作用（τ∝m×(m×p)，m为IrMn磁矩方向，p为自旋方向），使IrMn表面磁矩沿此排列，形成此方向的钉扎方向。

其中，软磁自由层和铁磁被钉扎层磁化方向可以是面内也可以是面外。

一种单轴磁阻磁场传感器制作方法，包括以下步骤：

步骤1，在衬底上依次沉积多层薄膜，得到磁阻单元，并高温退火；

步骤2，将磁阻单元进行图形化刻蚀形成两个磁阻单元Ⅰ和两个磁阻单元Ⅱ2，其中，全桥电路分成上半部分的两个桥臂和下半部分的两个桥臂，上半部分的两个桥臂分别为由一个磁阻单元Ⅰ组成桥臂Ⅰ和由一个磁阻单元Ⅱ2组成桥臂Ⅱ，下半部分的两个桥臂分别为由另一个磁阻单元Ⅱ2组成桥臂Ⅲ和由另一个磁阻单元Ⅰ组成的桥臂Ⅳ，磁阻单元Ⅰ和磁阻单元Ⅱ2平行相对，磁阻单元Ⅰ长轴方向与磁阻单元Ⅱ2的长轴方向一致；

步骤3，在衬底上制备导线，将两个磁阻单元Ⅰ和两个磁阻单元Ⅱ2用导线连接成全桥电路。

本发明的技术特点及优点：

1、本发明采用单一膜堆制成双轴传感器，成本低；

2、本发明采用同步光刻和刻蚀，简单的工艺步骤完成双轴轴传感器的器件加工；后期封装更为方便，可靠性强，且封装成本低；

3、本发明设计具有灵活性，根据不同应用，易于设计传感器的灵敏度和测量范围；磁传感器结构简单，易于集成；结构简单、芯片面积小；与CMOS兼容性强，可直接制备在ASIC电路上。

附图说明

图1 为本发明单轴磁阻磁场传感器的结构示意图。

图2为本发明双轴磁阻磁场传感器的结构示意图，其中a为敏感轴为Y轴的结构示意图，b为敏感轴为X轴的结构示意图。

其中：1磁阻单元Ⅰ，2磁阻单元Ⅱ2。

图3自旋产生层的电流流向与反铁磁钉扎层钉扎方向。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例对本发明作进一步限定，但不限于此。

实施例1

如图1、2所示，一种单轴磁阻磁场传感器，包括衬底，所述衬底上设置有全桥电路，所述全桥电路包括均为长条形的两个磁阻单元Ⅰ1和两个磁阻单元Ⅱ2，全桥电路分成上半部分的两个桥臂和下半部分的两个桥臂，上半部分的两个桥臂分别为由一个磁阻单元Ⅰ1组成桥臂Ⅰ和由一个磁阻单元Ⅱ2组成桥臂Ⅱ，下半部分的两个桥臂分别为由另一个磁阻单元Ⅱ2组成桥臂Ⅲ和由另一个磁阻单元Ⅰ1组成的桥臂Ⅳ，磁阻单元Ⅰ1和磁阻单元Ⅱ2平行相对，磁阻单元Ⅰ1长轴方向与磁阻单元Ⅱ2的长轴方向一致；磁阻单元Ⅰ1、磁阻单元Ⅱ2由磁阻膜堆组成，所述磁阻膜堆从下往上依次包括基底、种子层、自旋产生层、反铁磁钉扎层、铁磁被钉扎层、非磁性间层、软磁自由层和覆盖层，磁阻单元Ⅰ1和磁阻单元Ⅱ2的自旋产生层的电流流向相反；对于自旋产生层电流流向与反铁磁钉扎层钉扎方向呈90度，并且电流反向后，反铁磁钉扎层的钉扎方向也随之改变，单轴磁阻磁场传感器有一系列磁阻单元和导线连接电路组成，磁阻单元由磁性薄膜材料制成，磁阻单元Ⅰ1、磁阻单元Ⅱ2刻蚀成可以使软磁自由层易于形成稳定单磁畴结构的长方形、长六角形或长椭圆形；

磁性薄膜材料结构具体为底钉扎结构的自旋阀磁性薄膜材料，自下而上依次包括Si/SiO₂基底、2nm Ta种子层、8nm Pt自旋产生层、8nm IrMn反铁磁钉扎层、5nm CoFe铁磁被钉扎层、1.8nm Cu非磁性间层、CoFe 1nm/NiFe 2nm软磁自由层和2nm Ta覆盖层。

实施例2

同实施例1所述的单轴磁阻磁场传感器，不同之处在于：

磁性薄膜材料结构具体为顶钉扎结构的自旋阀磁性薄膜材料；自下而上依次包括Si/SiO₂基底、2nm Ta种子层、CoFe 1nm/NiFe 2nm软磁自由层、1.8nm Cu非磁性间层、5nmCoFe铁磁被钉扎层、8nm IrMn反铁磁钉扎层、8nm Pt自旋产生层、和2nm Ta覆盖层。

实施例3

一种单轴磁阻磁场传感器制作方法，包括以下步骤：

步骤2，将磁阻单元进行图形化刻蚀形成两个磁阻单元Ⅰ1和两个磁阻单元Ⅱ2，其中，全桥电路分成上半部分的两个桥臂和下半部分的两个桥臂，上半部分的两个桥臂分别为由一个磁阻单元Ⅰ1组成桥臂Ⅰ和由一个磁阻单元Ⅱ2组成桥臂Ⅱ，下半部分的两个桥臂分别为由另一个磁阻单元Ⅱ2组成桥臂Ⅲ和由另一个磁阻单元Ⅰ1组成的桥臂Ⅳ，磁阻单元Ⅰ1和磁阻单元Ⅱ2平行相对，磁阻单元Ⅰ1长轴方向与磁阻单元Ⅱ2的长轴方向一致。

实施例4

一种双轴磁阻磁场传感器，所述衬底上设置有两个上下叠加的全桥电路，其中一个全桥电路包括均为长条形的两个磁阻单元Ⅰ1和两个磁阻单元Ⅱ2，全桥电路分成上半部分的两个桥臂和下半部分的两个桥臂，上半部分的两个桥臂分别为由一个磁阻单元Ⅰ1组成桥臂Ⅰ和由一个磁阻单元Ⅱ2组成桥臂Ⅱ，下半部分的两个桥臂分别为由另一个磁阻单元Ⅱ2组成桥臂Ⅲ和由另一个磁阻单元Ⅰ1组成的桥臂Ⅳ，桥臂Ⅰ上的磁阻单元Ⅰ1长轴方向与桥臂Ⅳ上的磁阻单元Ⅱ2的长轴方向一致且沿X轴方向延伸；另一个全桥电路包括均为长条形的两个磁阻单元Ⅰ1和两个磁阻单元Ⅱ2，全桥电路分成上半部分的两个桥臂和下半部分的两个桥臂，上半部分的两个桥臂分别为由一个磁阻单元Ⅰ1组成桥臂Ⅰ和由一个磁阻单元Ⅱ2组成桥臂Ⅱ，下半部分的两个桥臂分别为由另一个磁阻单元Ⅱ2组成桥臂Ⅲ和由另一个磁阻单元Ⅰ1组成的桥臂Ⅳ，桥臂Ⅰ上的磁阻单元Ⅰ1长轴方向与桥臂Ⅳ上的磁阻单元Ⅱ2的长轴方向一致且沿Y轴方向延伸，两个全桥电路中磁阻单元Ⅰ1、磁阻单元Ⅱ2由磁性薄膜材料组成，

磁性薄膜材料具体为底钉扎结构的人工合成反铁磁磁性薄膜材料，自下而上依次包括Si/SiO₂基底、2nm Ta种子层、8nm Pt自旋产生层、8nm IrMn反铁磁钉扎层、5nm CoFe铁磁被钉扎层1、2nm Ta间隔层、5nm CoFeB铁磁被钉扎层2、1.8nm Cu非磁性间层、CoFe 1nm/NiFe 2nm软磁自由层和2nm Ta覆盖层。

磁阻单元Ⅰ1和磁阻单元Ⅱ2的自旋产生层的电流流向相反。磁阻，例如巨磁阻（GMR)和隧穿磁阻（TMR)传感器单元，有一个长轴和短轴，其中长轴是自由层磁化方向，而短轴是钉扎磁化方向。X、Y轴均采用全惠斯登桥电路结构；两组桥臂长轴成平行排列。在电路结构中，电流的方向均沿短轴方向流入，并且每个传感轴上的两个桥臂通入的电流呈180度。对于敏感轴为X轴，电流的方向流过每个桥臂器件的方向必须沿着Y轴或反方向；对于敏感轴为Y轴，电流的方向流过每个桥臂器件的方向必须沿着X轴或反方向。其中磁阻单元刻蚀成具有扁长形状，如刻蚀成长方形，长六角形和长椭圆形等可以使感应层（自由层）易于形成稳定单磁畴的结构，以便形状各向异性足够强而使得在无外磁场的情况下，感应层磁矩沿着长轴方向。惠斯通电路桥臂可以是一个或多个成阵列组成。根据实际应用所要求的电阻值，多个磁阻单元的阵列可以提高传感器信噪比。

实施例5

同实施例4所述的双轴磁阻磁场传感器，不同之处在于：

磁性薄膜材料具体为顶钉扎结构的人工合成反铁磁磁性薄膜材料，自下而上依次包括Si/SiO₂基底、2nm Ta种子层、CoFe 1nm/NiFe 2nm软磁自由层、1.8nm Cu非磁性间层、5nm CoFeB铁磁被钉扎层2、2nm Ta间隔层、5nm CoFe铁磁被钉扎层1、8nm IrMn反铁磁钉扎层、8nm Pt自旋产生层、和2nm Ta覆盖层。

以上所述仅是本专利的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本专利的保护范围。

Claims

1.一种单轴磁阻磁场传感器，包括衬底，所述衬底上设置有全桥电路，所述全桥电路包括均为长条形的两个磁阻单元Ⅰ1和两个磁阻单元Ⅱ2，全桥电路分成上半部分的两个桥臂和下半部分的两个桥臂，上半部分的两个桥臂分别为由一个磁阻单元Ⅰ1组成桥臂Ⅰ和由一个磁阻单元Ⅱ2组成桥臂Ⅱ，下半部分的两个桥臂分别为由另一个磁阻单元Ⅱ2组成桥臂Ⅲ和由另一个磁阻单元Ⅰ1组成的桥臂Ⅳ，磁阻单元Ⅰ1和磁阻单元Ⅱ2平行相对，磁阻单元Ⅰ1长轴方向与磁阻单元Ⅱ2的长轴方向一致；磁阻单元Ⅰ1、磁阻单元Ⅱ2由磁阻膜堆组成，所述磁阻膜堆从下往上依次包括基底、种子层、自旋产生层、反铁磁钉扎层、铁磁被钉扎层、非磁性间层、软磁自由层和覆盖层，磁阻单元Ⅰ1和磁阻单元Ⅱ2的自旋产生层的电流流向相反；对于自旋产生层电流流向与反铁磁钉扎层钉扎方向呈90度，并且电流反向后，反铁磁钉扎层的钉扎方向也随之改变，

单轴磁阻磁场传感器有一系列磁阻单元和导线连接电路组成，

磁阻单元由磁性薄膜材料制成，

磁阻单元Ⅰ1、磁阻单元Ⅱ2刻蚀成可以使软磁自由层易于形成稳定单磁畴结构的长方形、长六角形或长椭圆形；

2.根据权利要求1所述的单轴磁阻磁场传感器的制作方法，包括以下步骤：

3.一种双轴磁阻磁场传感器，包括衬底，所述衬底上设置有两个上下叠加的全桥电路，其中一个全桥电路包括均为长条形的两个磁阻单元Ⅰ1和两个磁阻单元Ⅱ2，全桥电路分成上半部分的两个桥臂和下半部分的两个桥臂，上半部分的两个桥臂分别为由一个磁阻单元Ⅰ1组成桥臂Ⅰ和由一个磁阻单元Ⅱ2组成桥臂Ⅱ，下半部分的两个桥臂分别为由另一个磁阻单元Ⅱ2组成桥臂Ⅲ和由另一个磁阻单元Ⅰ1组成的桥臂Ⅳ，桥臂Ⅰ上的磁阻单元Ⅰ1长轴方向与桥臂Ⅳ上的磁阻单元Ⅱ2的长轴方向一致且沿X轴方向延伸；另一个全桥电路包括均为长条形的两个磁阻单元Ⅰ1和两个磁阻单元Ⅱ2，全桥电路分成上半部分的两个桥臂和下半部分的两个桥臂，上半部分的两个桥臂分别为由一个磁阻单元Ⅰ1组成桥臂Ⅰ和由一个磁阻单元Ⅱ2组成桥臂Ⅱ，下半部分的两个桥臂分别为由另一个磁阻单元Ⅱ2组成桥臂Ⅲ和由另一个磁阻单元Ⅰ1组成的桥臂Ⅳ，桥臂Ⅰ上的磁阻单元Ⅰ1长轴方向与桥臂Ⅳ上的磁阻单元Ⅱ2的长轴方向一致且沿Y轴方向延伸，两个全桥电路中磁阻单元Ⅰ1、磁阻单元Ⅱ2由磁性薄膜材料组成，

磁性薄膜材料具体为底钉扎结构的人工合成反铁磁磁性薄膜材料，自下而上依次包括Si/SiO₂基底、2nm Ta种子层、8nm Pt自旋产生层、8nm IrMn反铁磁钉扎层、5nm CoFe铁磁被钉扎层1、2nm Ta间隔层、5nm CoFeB铁磁被钉扎层2、1.8nm Cu非磁性间层、CoFe 1nm/NiFe2nm软磁自由层和2nm Ta覆盖层，

磁阻单元Ⅰ1和磁阻单元Ⅱ2的自旋产生层的电流流向相反，X、Y轴均采用全惠斯登桥电路结构；两组桥臂长轴成平行排列，在电路结构中，电流的方向均沿短轴方向流入，并且每个传感轴上的两个桥臂通入的电流呈180度，对于敏感轴为X轴，电流的方向流过每个桥臂器件的方向必须沿着Y轴或反方向；对于敏感轴为Y轴，电流的方向流过每个桥臂器件的方向必须沿着X轴或反方向，

其中磁阻单元刻蚀成具有扁长形状，惠斯通电路桥臂可以是一个或多个成阵列组成，根据实际应用所要求的电阻值，多个磁阻单元的阵列可以提高传感器信噪比。