CN113884956B - 锑-铟系化合物半导体磁阻连续电流传感器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种锑‑铟系化合物半导体磁阻连续电流传感器及其制造方法，所述传感器包括：第一介质层；锑‑铟系化合物半导体磁阻芯片，形成于第一介质层的第一面；导线，形成于第一介质层的第一面；永磁软磁复合层，包括永磁层和软磁层，永磁软磁复合层在第一面的正投影覆盖所述芯片；其中，所述永磁层的矫顽场比所述软磁层的矫顽场大至少50％，且所述软磁层的饱和磁感应强度比所述永磁层的剩余磁感应强度大至少100％。本发明的传感器能够准确地测出连续变化的电流值。
Description
技术领域
本发明涉及半导体电流传感器，特别是涉及一种锑-铟系化合物半导体磁阻连续电流传感器，还涉及一种锑-铟系化合物半导体磁阻连续电流传感器的制造方法。
背景技术
磁阻效应(Magnetoresistance Effects)是指某些金属或半导体的电阻值随外加磁场变化而变化的现象。金属或半导体的载流子在磁场中运动时，由于受到电磁场的变化产生的洛伦兹力作用，产生了磁阻效应。磁阻效应主要分为：常磁阻(OMR)，巨磁阻(GMR)，超巨磁阻(CRM)，异向磁阻(AMR)，穿隧磁阻(TMR)；直冲磁阻(BMR)和异常磁阻(EMR)效应等。
磁阻电流传感器器件由于灵敏度高、抗干扰能力强等优点在工业、交通、仪器仪表、医疗器械、探矿等领域应用十分广泛，如：数字式罗盘、交通车辆检测，导航系统、伪钞检测、位置测量等，其中最典型的锑化铟(InSb)磁阻(EMR)传感器是一种价格低廉、大电流的磁阻传感器，它有着十分重要的应用价值。
对于一示例性的锑化铟系化合物半导体磁阻式电流传感器，发明人发现在外电流连续变化时，该传感器无法准确地测出电流值。
发明内容
基于此，有必要提供一种在外电流连续变化时，能够准确地测出电流值的锑-铟系化合物半导体磁阻连续电流传感器及其制造方法。
一种锑-铟系化合物半导体磁阻连续电流传感器，包括：第一介质层，包括第一面和与所述第一面相背的第二面；锑-铟系化合物半导体磁阻芯片，形成于所述第一介质层的第一面；导线，形成于所述第一介质层的第一面；永磁软磁复合层，包括永磁层和软磁层，所述永磁软磁复合层在所述第一面的正投影覆盖所述锑-铟系化合物半导体磁阻芯片；其中，所述永磁层的矫顽场比所述软磁层的矫顽场大至少50％，且所述软磁层的饱和磁感应强度比所述永磁层的剩余磁感应强度大至少100％。
在其中一个实施例中，还包括基片和粘接层，所述基片通过所述粘接层与所述永磁软磁复合层固定连接。
在其中一个实施例中，所述永磁软磁复合层包括第一永磁软磁复合层和第二永磁软磁复合层，所述第一永磁软磁复合层朝向所述第二面设置，第二永磁软磁复合层朝向所述第一面设置；所述锑-铟系化合物半导体磁阻连续电流传感器还包括第二介质层，所述第二介质层设于所述第一面与所述第二永磁软磁复合层之间。
在其中一个实施例中，所述粘接层包括Ti、Ta、Ru中的至少一种材料和/或包括环氧型高温粘接剂。
在其中一个实施例中，所述第一介质层的材料包括硅氧化物、铝氧化物、硅氮化物中的至少一种，厚度为20纳米-100纳米。
在其中一个实施例中，所述软磁层的材料包括铁钴系合金和/或镍铁系合金，所述镍铁系合金中的镍占镍铁系合金的质量分数为30％～90％。
在其中一个实施例中，所述永磁层的材料包括以下合金中的至少一种：Co-Cr-Fe系合金，Fe-Co硬磁合金，Fe-Co-Mo三元硬磁合金，Fe-Co-W三元硬磁合金，Fe-Ni-Al合金，Fe-Ni-Al-Co合金。
在其中一个实施例中，所述第一永磁软磁复合层包括软磁层-永磁层-软磁层顺序叠设形成的三层结构，或软磁层和永磁层和叠设形成的双层结构；所述第二永磁软磁复合层包括软磁层-永磁层-软磁层顺序叠设形成的三层结构，或软磁层和永磁层和叠设形成的双层结构。
在其中一个实施例中，通过MEMS工艺制造。
上述锑-铟系化合物半导体磁阻连续电流传感器，永磁层的矫顽场大于软磁层的矫顽场，且永磁层的剩余磁感应强度小于软磁层的饱和磁感应强度，因此在外电流连续变化的条件下，永磁软磁复合层也能够连续增加磁感应强度，从而锑-铟系化合物半导体磁阻芯片的表面磁场也能够连续增加，使得传感器能够准确地测出连续变化的电流值。
一种锑-铟系化合物半导体磁阻连续电流传感器的制造方法，通过MEMS工艺制造，所述方法包括：获取基片，所述基片包括第一面和与所述第一面相背的第二面；在所述基片的第一面形成粘接层；在所述粘接层的与所述基片相背的一面形成第一永磁软磁复合层；所述第一永磁软磁复合层包括永磁层和软磁层，所述永磁层的矫顽场比所述软磁层的矫顽场大至少50％，且所述软磁层的饱和磁感应强度比所述永磁层的剩余磁感应强度大至少100％；形成第一介质层；在所述第一介质层的一面形成导线和锑-铟系化合物半导体磁阻芯片；其中，所述第一介质层形成于所述第二面上、所述导线和锑-铟系化合物半导体磁阻芯片形成于所述第一介质层的与所述第二面相背的一面，或所述第一介质层形成于所述第一永磁软磁复合层的与所述粘接层粘接的一面相背的一面上、所述导线和锑-铟系化合物半导体磁阻芯片形成于所述第一介质层的与所述第一永磁软磁复合层接触的一面相背的一面。
在其中一个实施例中，所述在所述粘接层的与所述基片相背的一面形成第一永磁软磁复合层的步骤采用的工艺为溅射、真空镀膜及电镀中的一种；所述在所述第一介质层的一面形成导线和锑-铟系化合物半导体磁阻芯片的步骤采用的工艺为溅射或真空蒸镀。
上述锑-铟系化合物半导体磁阻连续电流传感器的制造方法，采用MEMS工艺，具有降低成本，缩小体积和使装配容易等优点。形成的传感器的永磁层的矫顽场比软磁层的矫顽场大至少50％，且软磁层的饱和磁感应强度比永磁层的剩余磁感应强度大至少100％，因此在外电流连续变化的条件下，第一永磁软磁复合层也能够连续增加磁感应强度，从而锑-铟系化合物半导体磁阻芯片的表面磁场也能够连续增加，使得传感器能够准确地测出电流值。
附图说明
为了更好地描述和说明这里公开的那些发明的实施例和/或示例，可以参考一幅或多幅附图。用于描述附图的附加细节或示例不应当被认为是对所公开的发明、目前描述的实施例和/或示例以及目前理解的这些发明的最佳模式中的任何一者的范围的限制。
图1是实施例1的锑-铟系化合物半导体磁阻连续电流传感器的芯片结构示意图；
图2是图1所示结构中第一介质层的第一面的示意图；
图3是锑化铟系化合物半导体在外加磁感应场里的磁阻特性曲线；
图4是坡莫合金材料的软磁体和钕铁硼材料的永磁体的磁化磁滞回线；
图5为一示例性的永磁体的磁化磁滞曲线；
图6是实施例2的锑-铟系化合物半导体磁阻连续电流传感器的芯片结构示意图；
图7是实施例3的锑-铟系化合物半导体磁阻连续电流传感器的芯片结构示意图；
图8是实施例4的锑-铟系化合物半导体磁阻连续电流传感器的芯片结构示意图；
图9是实施例5的锑-铟系化合物半导体磁阻连续电流传感器的芯片结构示意图；
图10是实施例6的锑-铟系化合物半导体磁阻连续电流传感器的芯片结构示意图；
图11是实施例7的锑-铟系化合物半导体磁阻连续电流传感器的芯片结构示意图；
图12是实施例8的锑-铟系化合物半导体磁阻连续电流传感器的芯片结构示意图；
图13是一实施例中锑-铟系化合物半导体磁阻连续电流传感器的制造方法的流程图；
图14是一实施例中锑-铟系化合物半导体磁阻连续电流传感器的软磁层和永磁层所采用的材料的迟滞回线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“竖直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。
发明人在实验中发现，对于示例性的采用坡莫合金材料作为软磁体、采用钕铁硼材料作为永磁(又称为硬磁，下同)体的锑化铟系化合物半导体磁阻式电流传感器，在外电流较小且连续变化时，该传感器无法准确地测出电流值。
基于此，本发明提供一种锑-铟系化合物半导体磁阻连续电流传感器，包括：
第一介质层，包括第一面和与所述第一面相背的第二面；
锑-铟系化合物半导体磁阻芯片，形成于所述第一介质层的第一面；
导线，形成于所述第一介质层的第一面；
永磁软磁复合层，包括永磁层和软磁层，所述永磁软磁复合层在所述第一面的正投影覆盖所述锑-铟系化合物半导体磁阻芯片，以使得永磁软磁复合层产生的磁力线尽可能垂直地穿过锑-铟系化合物半导体磁阻芯片的表面；
其中，所述永磁层的矫顽场(即矫顽力)比所述软磁层的矫顽场大至少50％，且所述软磁层的饱和磁感应强度比所述永磁层的剩余磁感应强度大至少100％。
锑-铟系化合物半导体磁阻连续电流传感器的工作原理及电流传感方法介绍如下：图3是锑化铟系化合物半导体在外加磁感应场里的磁阻特性曲线。RB和R0分别是有磁场和无磁场时锑化铟系化合物半导体的电阻值，B(T)为外加磁场。由图3可见，RB/R0的值随B(T)值的变化呈抛物线规律变化。理论上，当B(T)增大到一定值时，RB/R0与B(T)呈一次函数关系。选取RB/R0与B(T)的关系由二次函数关系向一次函数关系渐变的范围内(即图3中①-②)的B(T)值作为电流传感器的工作点，这个工作点是由永磁软磁复合层提供一个偏磁场实现的。假设对于图3的B1点，当锑-铟系化合物半导体磁阻芯片的外加电压稳定时，锑-铟系化合物半导体磁阻芯片的输出信号(电压或电流)也是稳定的。那么如果在锑-铟系化合物半导体磁阻芯片的输入端施加一个信号A，随之会在锑-铟系化合物半导体磁阻芯片的输出端获得输出信号B。把上述锑-铟系化合物半导体磁阻连续电流传感器的导线与外部被测电路连接，使得被测电流流过导线，该电流会在导线的周围空间产生磁场，这个磁场与永磁软磁复合层共同提供的偏磁场相迭加或相减，使工作点改变，输出信号B也随之改变。假设工作点由B1向B2处移动，抛物线在①点和②点的斜率是不同的，处于由二次函数向一次函数渐变阶段，假设输入信号C与输入信号A相等，则C相应的输出信号D会与输出信号B不同：假设新的工作点落在抛物线的上升段，②点的斜率远大于①点的斜率，因此，输出信号D大于输出信号B。可见在有偏磁场存在时，只要导线中电流有变化，在锑-铟系化合物半导体磁阻芯片的输出端就会有一个变化的信号。一般认为，在工作点选择恰当的前提下，从锑-铟系化合物半导体磁阻芯片的输出端获得的输出信号总是与流过导线的电流基本成正比例近线性关系。
上述分析成立的一个前提是假定图3的抛物线在②点处的斜率大于①点处的斜率，换句话说，这个假定实质是：②点处的磁导率大于①点处的磁导率。同时这里还隐含了另外一个假定：磁场强度H与磁感应强度B满足dB/dH>1。图4为坡莫合金材料的软磁体和钕铁硼材料的永磁体的磁化磁滞回线，永磁体和软磁体的实际提供的磁化磁滞回线就是永磁体和软磁体的磁化磁滞回线的叠加，基本上就是永磁体的磁化磁滞回线。在图4所示情况(高磁场)下，dB/dH趋于1，甚至dB/dH＜1。图5为一示例性的永磁体的磁化磁滞曲线，其剩余磁感应强度Br附近的dB/dH<<1，几乎接近于零。因此实际上许多利用永磁体附加偏置磁场设计的锑化铟电流传感器的磁阻效应与测量灵敏度都不尽人意。
上述锑-铟系化合物半导体磁阻连续电流传感器，永磁层的矫顽场Hc比软磁层的矫顽场大至少50％，且软磁层的饱和磁感应强度比永磁层的剩余磁感应强度大至少100％，因此在高磁场条件下，也提供高磁导率dB/dH>>1，在外电流连续变化的条件下，永磁软磁复合层也能够连续增加磁感应强度，从而锑-铟系化合物半导体磁阻芯片的表面磁场也能够连续增加，使得传感器能够准确地测出连续变化的电流值。
在一个实施例中，上述锑-铟系化合物半导体磁阻连续电流传感器采用MEMS工艺制造，具有降低成本，缩小体积和使装配容易等优点。
在一个实施例中，所述粘接层包括Ti、Ta、Ru中的至少一种材料和/或包括环氧型高温粘接剂。
在一个实施例中，所述第一介质层的材料包括硅氧化物、铝氧化物、硅氮化物中的至少一种，厚度为20纳米-100纳米。在一个实施例中，第一介质层为表面形成有钽的硅氧化物，或者表面形成有钽的铝氧化物，又或者表面形成有钽的硅氮化物。
在一个实施例中，所述软磁层的材料包括铁钴系合金和/或镍铁系合金，所述镍铁系合金中的镍占镍铁系合金的质量分数为30％～90％。通过合金化元素配比和适当工艺，可控制磁性能，获得高导磁。软磁层可以为薄膜层，厚度为20纳米-1000纳米；软磁层也可以为磁体，厚度为10微米-10毫米。
在一个实施例中，所述永磁层的材料包括以下合金中的至少一种：Co-Cr-Fe系合金，Fe-Co硬磁合金，Fe-Co-Mo三元硬磁合金，Fe-Co-W三元硬磁合金，Fe-Ni-Al合金，Fe-Ni-Al-Co合金。永磁层可以为薄膜层，厚度为20纳米-1000纳米；永磁层也可以为磁体，厚度为10微米-10毫米。
图1是实施例1的锑-铟系化合物半导体磁阻连续电流传感器的芯片结构示意图，图2是图1所示结构中第一介质层的第一面的示意图。锑-铟系化合物半导体磁阻连续电流传感器包括依次叠设的基片110、粘接层120、永磁软磁复合层(包括永磁层131和软磁层133)、第一介质层20，以及设于第一介质层20上表面的锑-铟系化合物半导体磁阻芯片210和导线220。
在一个实施例中，锑-铟系化合物半导体磁阻芯片210是薄膜型或单晶型的芯片，其中薄膜型磁阻芯片有更高的灵敏度。锑-铟系化合物半导体磁阻芯片210可按不同使用要求而制成各种不同形状，并可构成多端型输出形式。在一个实施例中，锑-铟系化合物半导体磁阻芯片210的材料为锑化铟-锡系化合物。在另一个实施例中，锑-铟系化合物半导体磁阻芯片210的材料为锑化铟-铟系化合物。在一个实施例中，锑-铟系化合物半导体磁阻芯片210采用锑化铟、砷化铟等二元锑化铟系化合物半导体材料，或者如锑砷铟三元锑-铟系化合物半导体材料，又或者镓铟砷四元锑-铟系化合物半导体材料。在一个实施例中，锑-铟系化合物半导体磁阻芯片210与复合永磁体与永磁软磁复合层优化堆积组合成磁阻式电流传感器。
在一个实施例中，导线220整根横跨锑-铟系化合物半导体磁阻芯片210，即整根横跨于并平行于锑-铟系化合物半导体磁阻芯片210的表面或背面。在一个实施例中，第一介质层20上可以有二根或多根导线220并联，且只有其中一根导线220横跨锑-铟系化合物半导体磁阻芯片210，其余导线可绕过锑-铟系化合物半导体磁阻芯片210设置。
在一个实施例中，基片可采用硅片、微晶玻璃片、云母片等单晶或多晶材料。
图6是实施例2的锑-铟系化合物半导体磁阻连续电流传感器的芯片结构示意图，其与图1所示结构的主要区别在于永磁层131和软磁层133的设置位置互换。
图7是实施例3的锑-铟系化合物半导体磁阻连续电流传感器的芯片结构示意图，其与图1所示结构的主要区别在于永磁软磁复合层是软磁层133-永磁层131-软磁层133的三层结构。
图8是实施例4的锑-铟系化合物半导体磁阻连续电流传感器的芯片结构示意图，包括顺序叠设的第二介质层22、软磁层133、永磁层131、软磁层133、粘接层120、基片110、第一介质层20，以及设于第一介质层20上表面的锑-铟系化合物半导体磁阻芯片210和导线220(图8中未示)。
在实施例1-实施例4中，永磁软磁复合层设于锑-铟系化合物半导体磁阻芯片210的正下方。在其他实施例中，永磁软磁复合层也可以设于锑-铟系化合物半导体磁阻芯片210的正上方；或者在锑-铟系化合物半导体磁阻芯片210的正上方和正上方均设置永磁软磁复合层，例如永磁软磁复合层包括第一永磁软磁复合层和第二永磁软磁复合层，第二永磁软磁复合层朝向第一介质层20的第一面(即设有锑-铟系化合物半导体磁阻芯片210的一面)设置，第一永磁软磁复合层朝向第一介质层20的第二面设置。在一个实施例中，锑-铟系化合物半导体磁阻连续电流传感器还包括第二介质层，第二介质层设于第一介质层的第一面与第二永磁软磁复合层之间。
永磁软磁复合层设于锑-铟系化合物半导体磁阻芯片210的正下方和/或正上方，可以使永磁软磁复合层产生的磁力线尽可能垂直地穿过锑-铟系化合物半导体磁阻芯片的表面。在一个实施例中，第二介质层的材料包括硅氧化物、铝氧化物、硅氮化物中的至少一种，厚度为20纳米-100纳米。
图9是实施例5的锑-铟系化合物半导体磁阻连续电流传感器的芯片结构示意图，该锑-铟系化合物半导体磁阻连续电流传感器的永磁软磁复合层包括第一永磁软磁复合层和第二永磁软磁复合层，其在图7所示结构的基础上，进一步于第一介质层20上顺序叠设第二介质层22、第二永磁软磁复合层(包括软磁层233-永磁层231-软磁层233的三层结构)、第三介质层24。
图10是实施例6的锑-铟系化合物半导体磁阻连续电流传感器的芯片结构示意图，该锑-铟系化合物半导体磁阻连续电流传感器的永磁软磁复合层包括第一永磁软磁复合层和第二永磁软磁复合层，其在图8所示结构的基础上，进一步于第一介质层20上顺序叠设第三介质层24、第二永磁软磁复合层(包括软磁层233-永磁层231-软磁层233的三层结构)、第四介质层26。
图11是实施例7的锑-铟系化合物半导体磁阻连续电流传感器的芯片结构示意图，其与图10所示实施例的主要区别在于第二永磁软磁复合层是软磁层233-永磁层231的双层结构。
图12是实施例8的锑-铟系化合物半导体磁阻连续电流传感器的芯片结构示意图，其与图11所示实施例的主要区别在于永磁层231和软磁层233的设置位置互换。
图14是一实施例中锑-铟系化合物半导体磁阻连续电流传感器的软磁层和永磁层所采用的材料(即软磁材料和硬磁材料)的迟滞回线。从图14可以看出，永磁软磁复合层不仅提供高剩余磁感应强度Br，同时在高磁场条件下，也提供高磁导率dB/dH>>1，即图14中c点至d点的斜率。不仅永磁层的矫顽场远大于软磁层的矫顽场，且永磁层的剩余磁感应强度(图14中a点)远小于软磁层的饱和磁感应强度(图14中d点)。
上述锑-铟系化合物半导体磁阻连续电流传感器灵敏度高、磁阻效应明显、不易饱和、适于中等电流使用场合，其与传统技术相比有如下的优点和有益效果：(1)用本发明可以制成检测被测电路中的10毫安级以上的连续电流的、灵敏度较高的半导体磁阻电流传感器，并可以大大扩展此类电流传感器的应用场合；(2)用本发明可制成体积小、重量轻、结构牢固紧凑、使用寿命长的电流传感器芯片或贴片；(3)由于锑化铟系化合物半导体的特性有所不同，或者有较高的载流子迁移率，或者有较高的温度稳定性，或者在制作时易于获得较完美地晶体，因此，制作本发明的磁阻电流传感器时都可以依使用要求而适当选取；(4)用本发明利用MEMS工艺制造半导体磁阻电流传感器，具有降低成本，缩小体积和使装配容易等优点。
本申请还提供一种锑-铟系化合物半导体磁阻连续电流传感器的制造方法，采用MEMS工艺，可以用于制造以上任一实施例所述的锑-铟系化合物半导体磁阻连续电流传感器。图13是一实施例中锑-铟系化合物半导体磁阻连续电流传感器的制造方法的流程图，包括以下步骤：
S110，获取基片。
在一个实施例中，基片可采用硅片、微晶玻璃片、云母片等单晶或多晶材料。以下将基片相对的两面分别称为第一面和第二面。
S120，在基片的第一面形成粘接层。
在一个实施例中，粘接层包括Ti、Ta、Ru中的至少一种材料和/或包括环氧型高温粘接剂。
S130，在粘接层的与基片相背的一面形成第一永磁软磁复合层。
采用的工艺为可以溅射、真空镀膜及电镀中的一种。第一永磁软磁复合层包括永磁层和软磁层，永磁层的矫顽场远大于软磁层的矫顽场，且永磁层的剩余磁感应强度远小于软磁层的饱和磁感应强度。
在一个实施例中，软磁层的材料包括铁钴系合金和/或镍铁系合金，镍铁系合金中的镍占镍铁系合金的质量分数为30％～90％。通过合金化元素配比和适当工艺，可控制磁性能，获得高导磁。软磁层可以为薄膜层，厚度为20纳米-1000纳米；软磁层也可以为磁体，厚度为10微米-10毫米。
在一个实施例中，永磁层的材料包括以下合金中的至少一种：Co-Cr-Fe系合金，Fe-Co硬磁合金，Fe-Co-Mo三元硬磁合金，Fe-Co-W三元硬磁合金，Fe-Ni-Al合金，Fe-Ni-Al-Co合金。永磁层可以为薄膜层，厚度为20纳米-1000纳米；永磁层也可以为磁体，厚度为10微米-10毫米。
S140，形成第一介质层。
在一个实施例中，第一介质层形成于第一永磁软磁复合层上，即步骤S140完成后形成基片-粘接层-第一永磁软磁复合层-第一介质层依次叠设的结构。在另一个实施例中，第一介质层形成于基片的第二面上，步骤S140完成后形成第一永磁软磁复合层-粘接层-基片-第一介质层依次叠设的结构；在该实施例中，还可以在第一永磁软磁复合层的底面(即与设置粘接层的一面相背的一面)形成第三介质层，第三介质层的材料可以与第一介质层相同。
在一个实施例中，第一介质层的材料包括硅氧化物、铝氧化物、硅氮化物中的至少一种，厚度为20纳米-100纳米。在一个实施例中，第一介质层为表面形成有钽的硅氧化物，或者表面形成有钽的铝氧化物，又或者表面形成有钽的硅氮化物。
S150，在第一介质层的一面形成导线和锑-铟系化合物半导体磁阻芯片。
采用的工艺可以为溅射或真空蒸镀。对于步骤S140完成后形成基片-粘接层-第一永磁软磁复合层-第一介质层的结构的实施例，导线和锑-铟系化合物半导体磁阻芯片形成于第一介质层的与第一永磁软磁复合层接触的一面相背的一面(可参见图1和图2所示实施例)；对于步骤S140完成后形成第一永磁软磁复合层-粘接层-基片-第一介质层的结构的实施例，导线和锑-铟系化合物半导体磁阻芯片形成于第一介质层的与所述第二面相背的一面(可参见图8所示实施例)。
在一个实施例中，锑-铟系化合物半导体磁阻芯片是薄膜型或单晶型的芯片，其中薄膜型磁阻芯片有更高的灵敏度。锑-铟系化合物半导体磁阻芯片可按不同使用要求而制成各种不同形状，并可构成多端型输出形式。在一个实施例中，锑-铟系化合物半导体磁阻芯片的材料为锑化铟-锡系化合物。在另一个实施例中，锑-铟系化合物半导体磁阻芯片的材料为锑化铟-铟系化合物。在一个实施例中，锑-铟系化合物半导体磁阻芯片采用锑化铟、砷化铟等二元锑化铟系化合物半导体材料，或者如锑砷铟三元锑-铟系化合物半导体材料，又或者镓铟砷四元锑-铟系化合物半导体材料。在一个实施例中，锑-铟系化合物半导体磁阻芯片与复合永磁体与第一永磁软磁复合层优化堆积组合成磁阻式电流传感器。
上述锑-铟系化合物半导体磁阻连续电流传感器的制造方法，采用MEMS工艺，具有降低成本，缩小体积和使装配容易等优点。形成的传感器的永磁层的矫顽场大于软磁层的矫顽场，且永磁层的剩余磁感应强度小于软磁层的饱和磁感应强度，因此在外电流连续变化的条件下，第一永磁软磁复合层也能够连续增加磁感应强度，从而锑-铟系化合物半导体磁阻芯片的表面磁场也能够连续增加，使得传感器能够准确地测出连续变化的电流值。
在一个实施例中，步骤S150之后还包括以下步骤：
S160，在第一介质层上形成第二介质层。
在第一介质层形成有导线和锑-铟系化合物半导体磁阻芯片的一面形成第二介质层。第二介质层的材料可以与第一介质层相同。
S170，在第二介质层上形成第二永磁软磁复合层。
采用的工艺为可以溅射、真空镀膜及电镀中的一种。第二永磁软磁复合层包括永磁层和软磁层，永磁层的矫顽场远大于软磁层的矫顽场，且永磁层的剩余磁感应强度远小于软磁层的饱和磁感应强度。第二永磁软磁复合层的材料可以与第一永磁软磁复合层相同。
在一个实施例中，第一永磁软磁复合层包括软磁层-永磁层-软磁层顺序叠设形成的三层结构，或软磁层和永磁层和叠设形成的双层结构；第二永磁软磁复合层包括软磁层-永磁层-软磁层顺序叠设形成的三层结构，或软磁层和永磁层和叠设形成的双层结构。
S180，在第二永磁软磁复合层上形成第四介质层。
第四介质层的材料可以与第一介质层相同。
应当理解的是，虽然图13的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图13中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种锑-铟系化合物半导体磁阻连续电流传感器，其特征在于，包括：
第一介质层，包括第一面和与所述第一面相背的第二面；
锑-铟系化合物半导体磁阻芯片，形成于所述第一介质层的第一面；
导线，形成于所述第一介质层的第一面；
永磁软磁复合层，包括永磁层和软磁层，所述永磁软磁复合层在所述第一面的正投影覆盖所述锑-铟系化合物半导体磁阻芯片；
其中，所述永磁层的矫顽场比所述软磁层的矫顽场大至少50％，且所述软磁层的饱和磁感应强度比所述永磁层的剩余磁感应强度大至少100％。
2.根据权利要求1所述的锑-铟系化合物半导体磁阻连续电流传感器，其特征在于，还包括基片和粘接层，所述基片通过所述粘接层与所述永磁软磁复合层固定连接。
3.根据权利要求1所述的锑-铟系化合物半导体磁阻连续电流传感器，其特征在于，所述永磁软磁复合层包括第一永磁软磁复合层和第二永磁软磁复合层，所述第一永磁软磁复合层朝向所述第二面设置，第二永磁软磁复合层朝向所述第一面设置；所述锑-铟系化合物半导体磁阻连续电流传感器还包括第二介质层，所述第二介质层设于所述第一面与所述第二永磁软磁复合层之间。
4.根据权利要求2所述的锑-铟系化合物半导体磁阻连续电流传感器，其特征在于，所述粘接层包括Ti、Ta、Ru中的至少一种材料和/或包括环氧型高温粘接剂。
5.根据权利要求1所述的锑-铟系化合物半导体磁阻连续电流传感器，其特征在于，所述第一介质层的材料包括硅氧化物、铝氧化物、硅氮化物中的至少一种，厚度为20纳米-100纳米。
6.根据权利要求1所述的锑-铟系化合物半导体磁阻连续电流传感器，其特征在于，所述软磁层的材料包括铁钴系合金和/或镍铁系合金，所述镍铁系合金中的镍占镍铁系合金的质量分数为30％～90％。
7.根据权利要求1所述的锑-铟系化合物半导体磁阻连续电流传感器，其特征在于，所述永磁层的材料包括以下合金中的至少一种：Co-Cr-Fe系合金，Fe-Co硬磁合金，Fe-Co-Mo三元硬磁合金，Fe-Co-W三元硬磁合金，Fe-Ni-Al合金，Fe-Ni-Al-Co合金。
8.根据权利要求3所述的锑-铟系化合物半导体磁阻连续电流传感器，其特征在于，所述第一永磁软磁复合层包括软磁层-永磁层-软磁层顺序叠设形成的三层结构，或软磁层和永磁层和叠设形成的双层结构；所述第二永磁软磁复合层包括软磁层-永磁层-软磁层顺序叠设形成的三层结构，或软磁层和永磁层和叠设形成的双层结构。
9.一种锑-铟系化合物半导体磁阻连续电流传感器的制造方法，其特征在于，通过MEMS工艺制造，所述方法包括：
获取基片，所述基片包括第一面和与所述第一面相背的第二面；
在所述基片的第一面形成粘接层；
在所述粘接层的与所述基片相背的一面形成第一永磁软磁复合层；所述第一永磁软磁复合层包括永磁层和软磁层，所述永磁层的矫顽场比所述软磁层的矫顽场大至少50％，且所述软磁层的饱和磁感应强度比所述永磁层的剩余磁感应强度大至少100％；
形成第一介质层；
在所述第一介质层的一面形成导线和锑-铟系化合物半导体磁阻芯片；
其中，所述第一介质层形成于所述第二面上、所述导线和锑-铟系化合物半导体磁阻芯片形成于所述第一介质层的与所述第二面相背的一面，或所述第一介质层形成于所述第一永磁软磁复合层的与所述粘接层粘接的一面相背的一面上、所述导线和锑-铟系化合物半导体磁阻芯片形成于所述第一介质层的与所述第一永磁软磁复合层接触的一面相背的一面。
10.根据权利要求9所述的锑-铟系化合物半导体磁阻连续电流传感器的制造方法，其特征在于，所述在所述粘接层的与所述基片相背的一面形成第一永磁软磁复合层的步骤采用的工艺为溅射、真空镀膜及电镀中的一种；
所述在所述第一介质层的一面形成导线和锑-铟系化合物半导体磁阻芯片的步骤采用的工艺为溅射或真空蒸镀。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |