CN115685019B - 磁传感器、磁场测量方法及磁传感器的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁传感器、磁场测量方法及磁传感器的制备方法，磁传感器包括：衬底层；导电磁敏感层，形成于衬底层上，用于在一测试电流的作用下输出磁场测量信号，磁场测量信号用于表征待测磁场的场强；忆阻材料层，形成于导电磁敏感层上；顶电极层，形成于忆阻材料层上，顶电极层与导电磁敏感层间用于加载一可调的脉冲电压信号；其中，忆阻材料层在不同的脉冲电压信号作用下的阻态不同，且忆阻材料层在不同的脉冲电压信号作用下与导电磁敏感层之间的氧空位注入情况不同。本发明的磁传感器的量程和工作模式可调，兼具宽量程和高精度的工作特性，能够高效准确地获取待测磁场的场强。

Description

磁传感器、磁场测量方法及磁传感器的制备方法

技术领域

本申请涉及传感器技术领域，特别是涉及一种磁传感器、磁场测量方法及磁传感器的制备方法。

背景技术

磁传感器是对磁场大小变化及进行测量的一种传感器，在不同的应用场景下，对磁传感器的量程需求也有所不同。为了满足不同应用场景的量程需求，需要磁传感器兼具宽量程和高精度的属性，并且能够实现大范围的量程切换或功能切换，而传统的磁传感器难以同时实现上述需求。

发明内容

基于此，有必要提供一种量程和工作模式可调以兼具宽量程和高精度的工作特性的磁传感器、磁场测量方法及磁传感器的制备方法。

为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种磁传感器，包括：

衬底层；

导电磁敏感层，形成于衬底层上，导电磁敏感层用于在一测试电流的作用下输出磁场测量信号，磁场测量信号用于表征待测磁场的场强；

忆阻材料层，形成于导电磁敏感层上；

顶电极层，形成于忆阻材料层上，顶电极层与导电磁敏感层间用于加载一可调的脉冲电压信号；

其中，忆阻材料层在不同的脉冲电压信号作用下的阻态不同，且忆阻材料层在不同的脉冲电压信号作用下与导电磁敏感层之间的氧空位注入情况不同。

上述磁传感器，利用忆阻材料氧空位迁移的特性，通过在顶电极层和导电磁敏感层间加载脉冲电压信号，控制忆阻材料层与导电磁敏感层间的氧空位注入情况，进而控制磁传感器的工作特性。在不同场景下对磁传感器的量程需求不同时，本申请实施例提供的磁传感器，通过上述结构，可通过施加脉冲电压信号，及时调整磁传感器的量程和工作模式以适应实际需求，同时具备宽量程和高精度的良好工作特性，能够更加高效准确地获取待测磁场的场强。

在其中一个实施例中，导电磁敏感层、忆阻材料层或顶电极层中的至少一个为霍尔巴结构。

在其中一个实施例中，当导电磁敏感层为霍尔巴结构时，导电磁敏感层的霍尔巴长轴的两端分别设有测试电流的输入电极，导电磁敏感层的其中一个霍尔巴短轴的两端分别设有磁场测量信号的输出电极。

在其中一个实施例中，当导电磁敏感层、忆阻材料层和顶电极层均为霍尔巴结构时，忆阻材料层的霍尔巴结构在导电磁敏感层上的投影，以及顶电极层的霍尔巴结构在导电磁敏感层上的投影均落在导电磁敏感层所在区域内。

在其中一个实施例中，导电磁敏感层为导电磁氧化物材料。

在其中一个实施例中，忆阻材料层为具有非易失性阻变特性的氧化物材料。

在其中一个实施例中，顶电极层为导电金属材料。

在其中一个实施例中，导电磁敏感层的厚度为10nm～20nm，忆阻材料层的厚度为10nm～200nm。

第二方面，本发明还提供一种磁场测量方法，包括：

将上述第一方面中的任一磁传感器置于待测磁场中；

在顶电极层与导电磁敏感层间加载脉冲电压信号；

在导电磁敏感层上施加测试电流；

测量导电磁敏感层上的磁场测量信号；

根据磁场测量信号计算待测磁场的场强。

在其中一个实施例中，在顶电极层与导电磁敏感层间加载脉冲电压信号之前，还包括：

确定测量待测磁场所需的量程和工作模式；

根据所需的量程和工作模式，确定脉冲电压信号。

上述磁场测量方法，基于磁传感器在待测磁场下受到的影响作用，通过在顶电极层与导电磁敏感层间加载单向的脉冲电压电压信号，来调整磁传感器的量程和工作模式。并且，通过在导电磁敏感层上施加测试电压，测量导电磁敏感层上的磁场测量信号的测量方式，根据磁场测量信号计算待测磁场的场强，从而实现了兼具宽量程和高精度的优点以获取待测磁场的场强信息。

第三方面，本发明还提供了一种磁传感器的制备方法，包括：

提供衬底层；

在衬底层上形成导电磁敏感层；

在导电磁敏感层上形成忆阻材料层；

在忆阻材料层上形成顶电极层。

上述磁传感器的制备方法，在衬底层上依次形成导电磁敏感层、忆阻材料层和顶电极层，构成上述磁传感器。该磁传感器量程和工作模式可调以兼具宽量程和高精度，且通过该制备方法，在保证磁传感器具备宽量程和高精度的同时，避免了采用多个量程传感器组合的形式带来的兼容性、匹配性和集成性等问题，满足了磁传感器的小型化和集成化的需要。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一实施例中提供的磁传感器的制备方法的流程图；

图2为一实施例中提供的磁传感器的结构示意图；

图3为另一实施例中提供的磁传感器的结构示意图；

图4为一实施例中提供的磁场测量方法的流程图；

图5为一实施例中测试电流和磁场测量信号在导电磁敏感层上的信号输入输出示意图；

图6为一实施例中磁传感器的顶层电极和导电磁敏感层之间加载脉冲电压信号的示意图；

图7a为一实施例中提供的磁传感器由小量程至大量程的转换过程示意图；

图7b为一实施例中提供的磁传感器由大量程至小量程的转换过程示意图；

图8a为一实施例中提供的磁传感器由磁记录模式至磁传感模式的转换过程示意图；

图8b为一实施例中提供的磁传感器由磁传感模式至磁记录模式的的转换过程示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

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申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请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，不是旨在于限制本申请。

应当明白，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、掺杂类型和/或部分，这些元件、部件、区、层、掺杂类型和/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、掺杂类型或部分与另一个元件、部件、区、层、掺杂类型或部分。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、掺杂类型或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分；举例来说，可以将第一掺杂类型成为第二掺杂类型，且类似地，可以将第二掺杂类型成为第一掺杂类型；第一掺杂类型与第二掺杂类型为不同的掺杂类型，譬如，第一掺杂类型可以为P型且第二掺杂类型可以为N型，或第一掺杂类型可以为N型且第二掺杂类型可以为P型。

空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可以用于描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。此外，器件也可以包括另外地取向(譬如，旋转90度或其它取向)，并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

这里参考作为本发明的理想实施例(和中间结构)的示意图的横截面图来描述发明的实施例，这样可以预期由于例如制造技术和/或容差导致的所示形状的变化。因此，本发明的实施例不应当局限于在此所示的区的特定形状，而是包括由于例如制造技术导致的形状偏差。例如，显示为矩形的注入区在其边缘通常具有圆的或弯曲特征和/或注入浓度梯度，而不是从注入区到非注入区的二元改变。同样，通过注入形成的埋藏区可导致该埋藏区和注入进行时所经过的表面之间的区中的一些注入。因此，图中显示的区实质上是示意性的，它们的形状并不表示器件的区的实际形状，且并不限定本发明的范围。

请参阅图1，本发明提供一种磁传感器的制备方法，包括如下步骤：

S102：提供衬底层；

应说明的，衬底层的材料可以选取单晶铝酸镁(MgAl₂O₄)、单晶钛酸锶(SrTiO₃)和铝酸镧(LaAlO₃)等。衬底层的厚度在此不作限定。

在一个实施例中，衬底层为001取向的单晶铝酸镁(MgAl₂O₄)基片。具体地，选取基片后，将MgAl₂O₄基片浸入酒精中，用超声清洗设备进行震荡清洗3～5min，将清洗后的MgAl₂O₄基片用氮气吹干后立即放入磁控溅射系统的沉积腔的基台上。

S104：在衬底层上形成导电磁敏感层；

应说明的，导电磁敏感层材料为具有与氧空位浓度强相关的具有可调磁各向异性和强反常霍尔效应的导电磁性氧化物材料。导电磁敏感层的材料可以选取钴酸镍(NiCo₂O₄)和La_0.67Sr_0.33MnO₃(LSMO)等。导电磁敏感层具有良好的亚铁磁性和金属性，在选定的厚度和生长条件下对应的矫顽场为零高斯(0Gs)，其饱和场之间的线性区域为可用量程范围。

在一个实施例中，导电磁敏感层为钴酸镍(NiCo₂O₄)层。NiCo₂O₄相对于传统的铁磁材料具有更高的自旋极化率，以NiCo₂O₄制备的单晶薄膜材料为具有垂直各向异性的薄膜材料，并且具有氧空位浓度相关的磁各向异性。具体地，可通过射频磁控溅射法制备导电磁敏感层。优选地，导电磁敏感层的厚度为10～20nm。在该范围内，导电磁敏感层的厚度可依据主要应用的待测磁场的测量需求而定。

S106：在导电磁敏感层上形成忆阻材料层；

应说明的，忆阻材料层为具有非易失性阻变特性的氧化物层。忆阻材料层的材料可以选取氧化镍(NiO)、二氧化铪(HfO₂)和Pr_0.7Ca_0.3MnO₃(PCMO)等。在一个实施例中，忆阻材料层为氧化镍(NiO)层。具体地，可通过射频磁控溅射法制备忆阻材料层。优选地，忆阻材料层的厚度为10nm～200nm。

可选地，在一个实施例中，采用射频磁控溅射法依次制备导电磁敏感层以及忆阻材料层的具体过程，包括：

首先，利用机械泵与分子泵组合构成的多级抽气系统将磁控溅射系统的沉积腔抽至高真空状态，使得腔内真空度大于或等于10^-6mTorr以保证生长环境清洁；其次，将沉积腔基底温度升高至350℃，以使所述衬底层在温度为350℃条件下进行保温10min；最后，缓慢向沉积腔通入体积比为1:1的氩气与氧气的混合气体，并调节质量流量计，使沉积腔内所需生长气压为100mTorr。

待沉积腔中的气压稳定后，调节生长时间，依次在衬底层上实现导电磁敏感层的生长；再调节沉积腔内生长气压达到5mTorr，生长忆阻材料层。

在本实施例中，在溅射时，各层薄膜的生长厚度不超过200nm，每次生长对溅射靶材的消耗很小，纳米级的薄膜符合小型化集成化的需要。制备方法射频磁控溅射为工业大批量生产方法，生长温度350℃具有良好的工艺兼容性，符合当今工业批量生产的要求。

在生长结束后，在该温度及气压下对制备得到的样品进行退火15min，退火结束后待温度自然冷却降至室温，向真空腔内通入氮气至大气压开腔，得到本实施例中的导电磁敏感层(NiCo₂O₄)以及忆阻材料层(NiO)异质结构。

应说明的，衬底层、导电磁敏感层以及忆阻材料层的材料均采用晶面指数为001取向的单晶外延薄膜材料，可以使异质结构的磁敏感方向与晶面001的取向一致，即磁敏感方向为Z轴方向。其中，异质结构的垂直堆叠方向为Z轴方向。其中，衬底层为与忆阻材料层和导电磁敏感层的面内晶胞参数差距在7％以内。

本实施例中的，衬底层(MgAl₂O₄)、导电磁敏感层(NiCo₂O₄)和忆阻材料层(NiO)中选用的材料均非贵金属元素，造价便宜，且所选用的材料均具有良好的耐腐蚀和抗氧化性能，能够支持多种复杂环境下的长时间稳定工作。

在另一个实施例中，衬底层为单晶钛酸锶(SrTiO₃)或铝酸镧(LaAlO₃)基片，导电磁敏感层为La_0.67Sr_0.33MnO₃(LSMO)层，忆阻材料层为Pr_0.7Ca_0.3MnO₃(PCMO)层。

S108：在忆阻材料层上形成顶电极层。

应说明的，顶电极层为导电金属材料。顶电极层的材料可以选取铂(Pt)、铝(Al)、金(Au)和铜(Cu)等。在一个实施例中，顶电极层的材料为铂(Pt)。具体地，可通过电镀仪器制备顶电极层。优选地，顶电极层的厚度为20nm。

在步骤S108后，磁传感器的制备方法还可以包括如下步骤：

在制备得到本发明的顶电极层(Pt)、忆阻材料层(NiO)、导电磁敏感层(NiCo₂O₄)和衬底层(MgAl₂O₄)异质结构后，可以通过光刻、等离子体刻蚀等方式将导电磁敏感层(NiCo₂O₄)的表面暴露，以引出电极，获得需求的器件形状；也可以在生长导电磁敏感层(NiCo₂O₄)后即在薄膜上方附着掩膜版，遮挡住部分区域，从而将导电磁敏感层(NiCo₂O₄)的部分区域暴露在表面，方便引出电极。

在上述实施例中的磁传感器的制备方法，在衬底层上依次形成导电磁敏感层、忆阻材料层和顶电极层，构成上述磁传感器。该磁传感器量程和工作模式可调以兼具宽量程和高精度，且通过该制备方法，在保证磁传感器具备宽量程和高精度的同时，避免了采用多个量程传感器组合的形式带来的兼容性、匹配性和集成性等问题，满足了磁传感器的小型化和集成化的需要。

应该理解的是，虽然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。

请参阅图2和图3，本发明还提供一种磁传感器，包括：衬底层202、导电磁敏感层204、忆阻材料层206和顶电极层208。

具体的，导电磁敏感层204，形成于衬底层202上；忆阻材料层206，形成于导电磁敏感层204上；顶电极层208，形成于忆阻材料层206上。

具体的，导电磁敏感层204用于在一测试电流Iin的作用下输出磁场测量信号Uout，磁场测量信号Uout用于表征待测磁场的场强；顶电极层208与导电磁敏感层204间用于加载一可调的脉冲电压信号Us；其中，忆阻材料层206在不同的脉冲电压信号Us作用下的阻态不同，且忆阻材料层206在不同的脉冲电压信号Us作用下与导电磁敏感层204之间的氧空位注入情况不同。

具体的，忆阻材料层206与导电磁敏感层204之间存在氧空位的迁移。当在顶电极层208与导电磁敏感层204间加载一可调的自上而下的正向脉冲电压信号Us时，即电压由顶电极层208指向导电磁敏感层204时，忆阻材料层206转变为高阻态，且忆阻材料层206内氧空位向导电磁敏感层204内移动。而当在顶电极层208与导电磁敏感层204间加载一可调的自下而上的负向脉冲电压信号Us时，即电压由导电磁敏感层204指向顶电极层208时，忆阻材料层206转变为低阻态，且导电磁敏感层204内氧空位向忆阻材料层206内移动。

当忆阻材料层206内氧空位向导电磁敏感层204内移动后，导电磁敏感层204内氧空位浓度升高时，导电磁敏感层204的垂直磁各向异性能减弱，磁传感器量程增大或切换为磁传感模式。而当导电磁敏感层204内氧空位向忆阻材料层206内移动后，导电磁敏感层204氧空位浓度降低时，导电磁敏感层204的垂直磁各向异性能增强，磁传感器量程减小或切换为磁记录模式。

具体的，磁传感器的工作模式还由导电磁敏感层204的厚度来决定。在其中一个实施例中，导电磁敏感层204(NiCo₂O₄)的厚度大于或等于10nm，且小于或等于20nm时，磁传感器的工作模式为小量程或宽量程。而导电磁敏感层204(NiCo₂O₄)的厚度大于20nm，且小于或等于60nm时，导电磁敏感层204具有良好的非易失性磁记录特性，磁传感器的工作模式为磁记录模式或磁传感模式。

由上述实施例描述可知，本申请实施例利用忆阻材料氧空位迁移的特性，通过在顶电极层208和导电磁敏感层204间加载脉冲电压信号Us，控制忆阻材料层206与导电磁敏感层204间的氧空位注入情况，进而控制磁传感器的工作特性。在不同场景下对磁传感器的量程需求不同时，本申请实施例提供的磁传感器，通过上述结构，可通过施加脉冲电压信号Us，及时调整磁传感器的量程和工作模式以适应实际需求，同时具备宽量程和高精度的良好工作性能，能够更加高效准确地获取待测磁场的场强信息。

在其中一个实施例中，导电磁敏感层204、忆阻材料层206或顶电极层208中的至少一个为霍尔巴结构。具体的，通过标准光刻工艺将导电磁敏感层204、忆阻材料层206或顶电极层208中的至少一个图案化为霍尔巴结构。霍尔巴结构，包括一个霍尔巴长轴和两个霍尔巴短轴，在满足磁传感器测量工作的同时，能够为磁传感器提供更多的输入和输出接口，方便磁传感器的实际场景中的应用。

在其中一个实施例中，当导电磁敏感层204为霍尔巴结构时，导电磁敏感层204的霍尔巴长轴的两端分别设有测试电流Iin的输入电极，导电磁敏感层204的其中一个霍尔巴短轴的两端分别设有磁场测量信号Uout的输出电极。霍尔巴长轴与霍尔巴短轴之间互相垂直，因此测试电流Iin的输入方向与磁场测量信号Uout的输出方向互相垂直。通过上述的电极位置设置，在提高磁传感器的响应速度的同时，降低了磁传感器的功耗。

在其中一个实施例中，当导电磁敏感层204、忆阻材料层206和顶电极层208均为霍尔巴结构时，忆阻材料层206的霍尔巴结构在导电磁敏感层204上的投影，以及顶电极层208的霍尔巴结构在导电磁敏感层204上的投影均落在导电磁敏感层204所在区域内。通过上述的各层表面面积设置，如上述实施例中的制备方法所述，能够在导电磁敏感层204的表面引出电极，以便在导电磁敏感层204上的电极处施加测试电流Iin和输出磁场测量信号Uout，以及在导电磁敏感层204和顶电极层208两极间加载脉冲电压信号Us。

在其中一个实施例中，导电磁敏感层204为导电磁氧化物材料。导电磁性氧化物材料为具有与氧空位浓度强相关的具有可调磁各向异性和强反常霍尔效应的材料。导电磁氧化物材料可选用上述实施例中举例的具体材料。导电磁敏感层204霍尔端信号受垂直方向磁场的调控作用。通过与忆阻材料层206之间氧空位迁移的方式，可以改变导电磁敏感层204的磁各向异性，进而改变磁传感器的工作特性。

在其中一个实施例中，忆阻材料层206为具有非易失性阻变特性的氧化物材料。该材料具有电压相关的阻变特性，以及与其他薄膜层间良好晶格匹配的特性，且其阻变机制为氧空位迁移机制。忆阻材料层206可选用上述实施例中举例的具体材料。通过与导电磁敏感层204之间氧空位迁移的方式，可以在改变导电磁敏感层204的磁各向异性的同时，改变忆阻材料层206的阻态。

在其中一个实施例中，导电磁敏感层204的厚度为10nm～20nm，忆阻材料层206的厚度为10nm～200nm。导电磁敏感层204的矫顽场与其厚度有关，若厚度过大，导电磁敏感层204的矫顽场大于零高斯(0Gs)，不适合用作磁传感器，而适合作为磁记录材料；若厚度过小，导电磁敏感层204的导电性能又会受到影响。当导电磁敏感层204的厚度大于或等于10nm，且小于或等于20nm时，导电磁敏感层204的矫顽场接近于零高斯(0Gs)。

请参阅图4，本发明还提供一种磁场测量方法，包括：

S402：将上述实施例中的任一磁传感器置于待测磁场中；

S404：在顶电极层208与导电磁敏感层204间加载脉冲电压信号Us；

S406：在导电磁敏感层204上施加测试电流Iin；

S408：测量导电磁敏感层204上的磁场测量信号Uout；

S410：根据磁场测量信号Uout计算待测磁场的场强。

具体的，上述实施例中的磁传感器的连接方式，请参阅图5和图6。

具体的，在测量待测磁场时，将磁传感器置于待测磁场中，磁传感器可以对垂直于异质结构表面的磁场进行测量。在顶电极层208与导电磁敏感层204间加载一可调的脉冲电压信号Us，可以调整磁传感器的量程和工作模式。在导电磁敏感层204上施加测试电流Iin，并从导电磁敏感层204上测量得到磁场测量信号Uout。磁场测量信号Uout在此处为导电磁敏感层204上的饱和霍尔电压值。当脉冲电压信号Us固定时，随着待测磁场场强变化，磁场测量信号Uout的大小也会随之变化。进一步地，根据磁场测量信号Uout，可以计算得到待测磁场的场强。

在其中一个实施例中，在顶电极层208与导电磁敏感层204间加载脉冲电压信号Us之前，还包括：确定测量待测磁场所需的量程和工作模式；根据所需的量程和工作模式，确定脉冲电压信号Us。

具体的，将磁传感器置于待测磁场后，确认待测磁场的场强与磁传感器的量程之间的大小关系，若待测磁场的场强超过量程，或远小于量程，则确定测量待测磁场所需的量程和工作模式。根据所需的量程和工作模式，确认脉冲电压信号Us的方向和大小。通过调整脉冲电压信号Us到所确定的方向和大小，即可得到工作于所需量程和工作模式的磁传感器。

在上述示例中的磁场测量方法，基于磁传感器在待测磁场下受到的影响作用，通过在顶电极层208与导电磁敏感层204间加载不同方向和大小的脉冲电压信号Us，来调整磁传感器的量程和工作模式。并且，通过在导电磁敏感层204上施加测试电流Iin，测量导电磁敏感层204上的磁场测量信号Uout的测量方式，根据磁场测量信号Uout计算待测磁场的场强，从而实现了兼具宽量程和高精度的优点，以获取待测磁场的场强。

请参阅图7和图8，在具体工作过程中，本发明提供的磁传感器的量程和工作模式的转换过程。

具体的，在一个实施例中，如图7a所示，在待测磁场下，当磁传感器的磁场测量信号Uout大小，接近于饱和磁场下磁传感器的最大磁场测量信号Umax时，可以得知此时磁传感器的量程过小，需要在顶电极层208与导电磁敏感层204间施加自上而下的正向脉冲电压信号Us，将磁传感器从小量程M1调整至大量程M2。如图7b所示，在待测磁场下，当磁传感器的磁场测量信号Uout大小，远小于饱和磁场下磁传感器的最大磁场测量信号Umax时，可以得知此时磁传感器的量程过大，需要在顶电极层208与导电磁敏感层204间施加自下而上的负向脉冲电压信号Us，将磁传感器从大量程M2调整至小量程M1，并提高磁传感器的测量精度。

在另一个实施例中，磁传感器的工作模式为磁记录模式或磁传感模式。如图8a所示，当在顶电极层208与导电磁敏感层204间施加自上而下的正向脉冲电压信号Us时，将磁传感器从磁记录模式M3调整至磁传感模式M4。如图8b所示，当在顶电极层208与导电磁敏感层204间施加自下而上的负向脉冲电压信号Us时，将磁传感器从磁传感模式M4调整至磁记录模式M3。

由上述实施例描述可知，本申请提供的磁传感器、磁场测量方法以及磁传感器的制备方法，能够利用忆阻材料氧空位迁移的特性，通过在顶电极层208和导电磁敏感层204间加载脉冲电压信号Us，控制忆阻材料层206与导电磁敏感层204间的氧空位注入情况，进而控制磁传感器的工作特性。在不同场景下对磁传感器的量程需求不同时，本申请实施例提供的磁传感器，通过上述结构，可通过施加脉冲电压信号Us，及时调整磁传感器的量程和工作模式以适应实际需求，同时具备宽量程和高精度的良好工作性能，能够更加高效准确地获取待测磁场的场强H。

在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。

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申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种磁传感器，其特征在于，包括：

衬底层；

导电磁敏感层，形成于所述衬底层上，所述导电磁敏感层用于在一测试电流的作用下输出磁场测量信号，所述磁场测量信号用于表征待测磁场的场强；

忆阻材料层，形成于所述导电磁敏感层上；

顶电极层，形成于所述忆阻材料层上，所述顶电极层与所述导电磁敏感层间用于加载一可调的脉冲电压信号；

其中，所述忆阻材料层在不同的所述脉冲电压信号作用下的阻态不同，且所述忆阻材料层在不同的所述脉冲电压信号作用下与所述导电磁敏感层之间的氧空位注入情况不同，以改变所述磁传感器的量程或工作模式，所述工作模式包括磁传感模式和磁记录模式。

2.根据权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，所述导电磁敏感层、所述忆阻材料层或所述顶电极层中的至少一个为霍尔巴结构。

3.根据权利要求2所述的磁传感器，其特征在于，当所述导电磁敏感层为霍尔巴结构时，所述导电磁敏感层的霍尔巴长轴的两端分别设有所述测试电流的输入电极，所述导电磁敏感层的其中一个霍尔巴短轴的两端分别设有所述磁场测量信号的输出电极。

4.根据权利要求2所述的磁传感器，其特征在于，当所述导电磁敏感层、所述忆阻材料层和所述顶电极层均为所述霍尔巴结构时，所述忆阻材料层的霍尔巴结构在所述导电磁敏感层上的投影，以及所述顶电极层的霍尔巴结构在所述导电磁敏感层上的投影均落在所述导电磁敏感层所在区域内。

5.根据权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，所述导电磁敏感层为导电磁氧化物材料。

6.根据权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，所述忆阻材料层为具有非易失性阻变特性的氧化物材料。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的磁传感器，其特征在于，所述导电磁敏感层的厚度为10nm～20nm，所述忆阻材料层的厚度为10nm～200nm。

8.一种磁场测量方法，其特征在于，所述方法包括：

将如权利要求1至7中任意一项所述的磁传感器置于待测磁场中；

确定测量所述待测磁场所需的量程和工作模式；

根据所需的所述量程和工作模式，确定脉冲电压信号；

在所述顶电极层与所述导电磁敏感层间加载所述脉冲电压信号；

在导电磁敏感层上施加测试电流；

测量导电磁敏感层上的磁场测量信号；

根据所述磁场测量信号计算所述待测磁场的场强。

9.一种磁传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

提供衬底层；

在所述衬底层上形成导电磁敏感层，所述导电磁敏感层用于在一测试电流的作用下输出磁场测量信号，所述磁场测量信号用于表征待测磁场的场强；

在所述导电磁敏感层上形成忆阻材料层；

在所述忆阻材料层上形成顶电极层，所述顶电极层与所述导电磁敏感层间用于加载一可调的脉冲电压信号；

其中，所述忆阻材料层在不同的所述脉冲电压信号作用下的阻态不同，且所述忆阻材料层在不同的所述脉冲电压信号作用下与所述导电磁敏感层之间的氧空位注入情况不同，以改变所述磁传感器的量程或工作模式，所述工作模式包括磁传感模式和磁记录模式。