CN115856725B - 磁传感器 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种磁传感器，包括衬底、磁电阻传感单元和悬臂梁结构，其中：悬臂梁结构包括坡莫合金层和设置于坡莫合金层一侧表面的压电驱动层，悬臂梁结构的一端通过坡莫合金层与衬底连接，悬臂梁结构的另一端为自由端，且自由端延伸至衬底的上方；磁电阻传感单元设置于衬底靠近悬臂梁结构的一侧表面，且磁电阻传感单元设置于自由端的下方；压电驱动层用于在施加有预设电压的情况下，驱动自由端振动，以使得坡莫合金层和磁电阻传感单元之间的间距发生变化，该自由端的振动频率大于预设的高频振动频率阈值，通过坡莫合金层实现了Z轴磁敏感方向，此外，自由端周期性振动的过程，提高了探测外部磁场的频率，降低了噪声干扰，实现了更高的探测精度。
Description
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。
背景技术
磁传感器是一种可检测磁铁、电流产生的磁场以及地磁场的强度和方向的传感器。目前，常见的磁传感器有各向异性磁电阻(Anisotropic Magneto Resistive，AMR)传感器、巨磁电阻(Giant Magneto Resistive，GMR)传感器、隧道磁电阻TMR(Tunnel MagnetoResistive，TMR)传感器等。
随着一些实际应用场景出现，对磁传感器的磁敏感方向和测量精度提出了更高的要求。例如，在某些电流测试场景中，需要将磁传感器置于聚磁环的气隙中，让磁传感器的磁敏感方向与电流环的Z轴(即垂直方向)气隙方向平行，因此，需要磁传感器的磁敏感方向为Z轴方向，同时，为了减小外界的磁信号干扰，需要探测精度较高的磁传感器，从而实现精准度更高的电流测试。
鉴于此，提供一种能够实现Z轴磁敏感方向以及高探测精度的磁传感器，成为目前亟待解决的问题。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够实现Z轴磁敏感方向以及高探测精度的磁传感器。
本申请提供了一种磁传感器。该磁传感器包括衬底、磁电阻传感单元和悬臂梁结构，其中：悬臂梁结构包括坡莫合金层和设置于坡莫合金层一侧表面的压电驱动层，悬臂梁结构的一端通过坡莫合金层与衬底连接，悬臂梁结构的另一端为自由端，且自由端延伸至衬底的上方；磁电阻传感单元设置于衬底靠近悬臂梁结构的一侧表面，且磁电阻传感单元设置于自由端的下方；压电驱动层用于在施加有预设电压的情况下，驱动自由端振动，以使得坡莫合金层和磁电阻传感单元之间的间距发生周期性变化，该自由端的振动频率大于预设的高频振动频率阈值。
在其中一个实施例中，该衬底包括基板以及围合设置于基板外周的固定部；悬臂梁结构的一端通过坡莫合金层与固定部连接。
在其中一个实施例中，该坡莫合金层厚度处于100纳米至1毫米之间。
在其中一个实施例中，该磁电阻传感单元的数量为多个，且多个磁电阻传感单元在衬底靠近悬臂梁结构的一侧表面对称分布。
在其中一个实施例中，该磁电阻传感单元的数量为4个，且4个磁电阻传感单元组成推挽式全桥结构。
在其中一个实施例中，该磁电阻传感单元包括依次连接的底电极层、种子层、磁性自由层、绝缘隧穿层、磁性参考层、钉扎层、顶电极层。
在其中一个实施例中，该压电驱动层包括依次连接的上绝缘层、上驱动电极、压电层、下驱动电极、下绝缘层和弹性梁；上驱动电极和下驱动电极的厚度均处于20纳米至500微米之间；上绝缘层和下绝缘层的厚度均处于100纳米至500微米之间。
在其中一个实施例中，该压电层由氮化铝、氧化锌、钛酸铅、锆钛酸铅、钛酸钡、铁酸铋中的一种或多种制成；压电层的厚度处于100纳米至500微米之间。
在其中一个实施例中，该上驱动电极和下驱动电极用于对压电层施加预设电压，以驱动压电层周期性发生振动。
在其中一个实施例中，该预设电压为交流电压。
上述磁传感器，包括衬底、磁电阻传感单元和悬臂梁结构，其中：悬臂梁结构包括坡莫合金层和设置于坡莫合金层一侧表面的压电驱动层，悬臂梁结构的一端通过坡莫合金层与衬底连接，悬臂梁结构的另一端为自由端，且自由端延伸至衬底的上方；磁电阻传感单元设置于衬底靠近悬臂梁结构的一侧表面，且磁电阻传感单元设置于自由端的下方；压电驱动层用于在施加有预设电压的情况下，驱动自由端振动，以使得坡莫合金层和磁电阻传感单元之间的间距发生周期性变化，该自由端的振动频率大于预设的高频振动频率阈值，这样，一方面，当平行于Z轴施加磁场时，通过坡莫合金层发散磁通量的原理，可以将探测Z轴磁场信号转换为探测该磁场在Y轴上的磁场信号分量，以实现Z轴磁敏感方向，另一方面，由于磁电阻传感单元在低频下的噪声要远高于高频的噪声(低频和高频是指磁电阻传感单元探测外部磁场的频率)，本申请实施例中，自由端的振动频率大于预设的高频振动频率阈值，即自由端在预设电压作用下高频振动，从而提高了磁电阻传感单元探测外部磁场的频率，有效减小磁电阻传感单元的低频磁噪声，实现了磁传感器更高的探测精度。
附图说明
图1为一个实施例中磁传感器的结构示意图；
图2为另一个实施例中磁传感器的结构示意图；
图3为一个实施例中压电驱动层的结构示意图；
图4为一个实施例中磁传感器的原理示意图；
图5为一个实施例中磁传感器的噪声功率谱密度图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如，两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”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“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
目前，磁传感器作为一种现代前沿技术，是一种可检测磁铁、电流产生的磁场以及地磁场的强度和方向的传感器，且能够将磁场变化量转化为其他物理变化量，实现了磁场探测的功能；又因其尺寸小巧、价格低廉，可以和其他电路一同集成到芯片上，从而达到更高的工作性能，所以被广泛用于现代工业和电子产品中以感应磁场强度来测量电流、位置、方向等物理参数，应用于各种实际场景，如地质勘探、生物医学、汽车工业、电子产品等，大大提高了人们的工作效率，增加了生活的便利，常见的磁传感器有各向异性磁电阻(Anisotropic Magneto Resistive，AMR)传感器、巨磁电阻(Giant Magneto Resistive，GMR)传感器、隧道磁电阻TMR(Tunnel Magneto Resistive，TMR)传感器等。
随着一些实际应用场景出现，对磁传感器的磁敏感方向和测量精度提出了更高的要求，以电流测试场景为例，需要将磁传感器置于聚磁环的气隙中，让磁传感器的磁敏感方向与电流环的Z轴(即垂直方向)气隙方向平行，因此，需要磁传感器的磁敏感方向为Z轴方向，同时，为了减小外界的磁信号干扰，需要探测精度较高的磁传感器，从而实现精准度更高的电流测试。
然而，大多数常见的磁传感器无法实现Z轴磁敏感方向，例如隧道磁电阻TMR传感器的元件磁化方向通常平行于衬底表面，从而其磁敏感方向也平行于衬底表面；而若满足了Z轴磁敏感方向，例如现有技术中采用具有磁屏蔽层结构的磁传感器，能够将磁敏感方向由Z轴转化为X轴，从而间接实现Z轴磁敏感方向，但这种方法由于磁屏蔽的作用会导致一些磁场信号无法被探测到，从而降低了磁传感器的探测精度，因此，磁传感器中无法实现Z轴磁敏感方向，以及探测精度较低的问题亟需解决。
有鉴于此，本申请实施例提供了一种磁传感器，能够实现Z轴磁敏感方向，且探测精度较高。如图1所示，提供了一种磁传感器100，该磁传感器100包括衬底101、磁电阻传感单元102和悬臂梁结构103，其中：悬臂梁结构103包括坡莫合金层1031和设置于坡莫合金层1031一侧表面的压电驱动层1032，悬臂梁结构103的一端通过坡莫合金层1031与衬底101连接，悬臂梁结构103的另一端为自由端，且自由端延伸至衬底101的上方；磁电阻传感单元102设置于衬底101靠近悬臂梁结构103的一侧表面，且磁电阻传感单元102设置于自由端的下方；压电驱动层1032用于在施加有预设电压的情况下，驱动自由端振动，以使得坡莫合金层1031和磁电阻传感单元102之间的间距发生周期性变化，该自由端的振动频率大于预设的高频振动频率阈值。
其中，坡莫合金层1031具有发散磁通量的功能，能够改变磁传感器的探测方向，即改变磁敏感方向。在本申请的实施例中，当平行于Z轴施加磁场，需要探测Z轴磁场时，坡莫合金层1031将Z轴磁场信号发散为Y轴方向的磁场信号分量，此时可以通过探测Y轴上的磁场信号，实现探测Z轴磁场信号的目的，可以理解为将探测Z轴磁场信号转换为探测Y轴磁场信号分量，以实现Z轴的磁敏感方向。
其中，为了保证悬梁臂结构103能够振动，悬臂梁结构103的长度和宽度均不超过衬底101的长度和宽度，在本申请的实施例中，悬臂梁结构103的长度和宽度可以均小于衬底101的长度和宽度，以达到更好的振动效果。
此外，悬臂梁结构103中的自由端与衬底101有一定的距离，该距离的作用是为了保证自由端振动的空间。
可选的，自由端振动的方向包括垂直方向、平行方向、逆时针方向、顺时针方向等，在本申请实施例中自由端振动的方向可以为垂直方向。
进一步的，通过向压电驱动层1032施加预设电压，使得压电驱动层1032振动，进而驱使自由端的振动，该自由端的振动频率大于预设的高频振动频率阈值，此时，坡莫合金层1031与设置在自由端的下方的磁电阻传感单元102之间的间距发生周期性变化，在垂直向上振动时，距离增大，在垂直向下振动时，距离减小，可以理解的是，该间距发生周期性变化说明自由端的振动也是周期性的发生振动。
进一步的，由于自由端在垂直方向周期性的发生振动，坡莫合金层1031与设置在自由端的下方的磁电阻传感单元102之间的间距也发生周期性变化，使得磁电阻传感单元102探测的Y轴磁场信号也发生周期性的变化，进而改变了磁电阻传感单元102探测外部磁场的频率，因此，当输入较高的预设电压时，自由端的振动频率大于预设的高频振动频率阈值(该高频振动频率阈值例如可以是1000Hz，或者也可以大于1000Hz)，即自由端在预设电压作用下高频振动，这就提高了磁电阻传感单元102探测外部磁场的频率，由于磁电阻传感单元102在高频探测的条件下受到的噪声干扰更低，因此有效减小磁电阻传感单元的低频磁噪声，实现了更高的探测精度。
上述磁传感器100，该磁传感器100包括衬底101、磁电阻传感单元102和悬臂梁结构103，其中：悬臂梁结构103包括坡莫合金层1031和设置于坡莫合金层1031一侧表面的压电驱动层1032，悬臂梁结构103的一端通过坡莫合金层1031与衬底101连接，悬臂梁结构103的另一端为自由端，且自由端延伸至衬底101的上方；磁电阻传感单元102设置于衬底101靠近悬臂梁结构103的一侧表面，且磁电阻传感单元102设置于自由端的下方；压电驱动层1032用于在施加有预设电压的情况下，驱动自由端振动，以使得坡莫合金层1031和磁电阻传感单元102之间的间距发生周期性变化，一方面，通过坡莫合金层1031发散磁通量的原理，将探测Z轴磁场信号转换为探测该磁场在Y轴上的磁场信号分量，以实现Z轴磁敏感方向，另一方面，自由端在预设电压的作用下发生周期性振动，该自由端的振动频率大于预设的高频振动频率阈值，提高了磁电阻传感单元102探测外部磁场的频率，降低了噪声干扰，实现了更高的探测精度。
在本申请的一个实施例中，该衬底101包括基板1011以及围合设置于基板外周的固定部1012；悬臂梁结构103的一端通过坡莫合金层1031与固定部1012连接。
在一种可能的实现方式中，基板1011为磁电阻传感单元衬底，围合设置于基板外周的固定部1012为悬臂梁衬底，其中，磁电阻传感单元衬底的刻蚀是通过标准光刻工艺实现的，悬臂梁衬底是在硅片衬底上生长好后，基于深硅刻蚀工艺把中间挖空，留下一个空心的框架实现的，悬臂梁衬底放置于磁电阻传感单元衬底上，通过键合或胶黏等方式实现连接，实现牢固的连接效果。
此外，悬臂梁结构103的一端通过坡莫合金层1031与固定部1012以键合或胶黏等方式实现连接，这样做能使悬臂梁结构103更牢固的固定在衬底101上，防止自由端在垂直振动的过程中，由于振动频率过高，发生悬臂梁结构103脱离衬底101，或者悬臂梁结构103发生翻转等情况。
在本申请的一个实施例中，该坡莫合金层1031厚度处于100纳米至1毫米之间。
其中，将坡莫合金层1031厚度设置的较薄，是为了减少工程成本，以及达到更好的振动效果。
在本申请的一个实施例中，该磁电阻传感单元102包括依次连接的底电极层、种子层、磁性自由层、绝缘隧穿层、磁性参考层、钉扎层、顶电极层。
其中，磁电阻传感单元102为隧穿磁阻薄膜元件，是一种基于先进的薄膜技术所形成的微型元件，具有磁场敏感的特性，在外部磁场信号发生变化时，该磁电阻传感单元102的输出值也发生变化，此外，在本申请的实施例中，当自由端在预设电压作用下高频振动时，可以提高磁电阻传感单元102探测外部磁场的频率。
在本申请的一个实施例中，该磁电阻传感单元102的数量为多个，且多个磁电阻传感单元102在衬底101靠近悬臂梁结构103的一侧表面对称分布。
其中，该磁电阻传感单元102大小相同，在衬底101靠近悬臂梁结构103的一侧表面上方分布，该分布意为生长在磁电阻传感单元衬底的表面，磁电阻传感单元102高度约为1至2微米，仅略高于磁电阻传感单元衬底。磁电阻传感单元102设置于自由端的下方，呈对称分布的形式，其中，处于同侧的磁电阻传感单元102保持一定间隔，并相互对齐；处于对称侧的磁电阻传感单元102保持一定间隔，并相互平行，这样设置的目的一方面是为了构建全桥结构，另一方面是为了避免磁电阻传感单元102之间磁场信号的干扰，提高测量精度。
在本申请的一个实施例中，该磁电阻传感单元102的数量为4个，且4个磁电阻传感单元102组成推挽式全桥结构。
如图2所示，在本申请的一个实施例中，示出了翻转到另一个角度的磁传感器，除了图1中所示的两个磁电阻传感单元102，图2展示了另外两个磁电阻传感单元102，四个磁电阻传感单元102组成推挽式全桥结构。
其中，位于自由端下方呈对称分布形式的两个磁电阻传感单元102所处的位置不同，一个在自由端下方靠左，一个在自由端下方靠右，两者表面的磁力线分布不同，靠左的磁电阻传感单元102面对着向左的磁场，靠右的磁电阻传感单元102面对着向右的磁场，由于两个磁电阻传感单元102本身敏感轴方向一致，而面对的磁场方向不同，导致输出磁场信号的方向也不同，以此形成推挽式全桥结构的推臂和挽臂，同时另外两个磁电阻传感单元102分布结构与其相同，四个磁电阻传感单元102通过推臂分别连接挽臂来实现推挽式全桥结构，以达到输出Y轴磁场信号的目的，该Y轴磁场信号经过傅里叶变换解调可以获得Z轴磁场信号。
在本申请的一个实施例中，如图3所示，该压电驱动层1032包括依次连接的上绝缘层10321、上驱动电极10322、压电层10323、下驱动电极10324、下绝缘层10325和弹性梁10326；上驱动电极10322和下驱动电极10324的厚度均处于20纳米至500微米之间；上绝缘层10321和下绝缘层10325的厚度均处于100纳米至500微米之间。
其中，上驱动电极10322和下驱动电极10324分别采用铝、铜、钛、银、铂、金、锡和铟中的一种或多种制成，在实际应用过程中，尽量选择相同的材料，可避免漏电等其他工艺问题。
其中，上绝缘层10321和下绝缘层10325分别为二氧化硅、三氧化二铝和二氧化铪中的一种或多种制成，在实际应用过程中，为了提升压电材料的性能，通常会采用不同的绝缘层材料。
在本申请的一个实施例中，该压电层10323由氮化铝、氧化锌、钛酸铅、锆钛酸铅、钛酸钡、铁酸铋中的一种或多种制成；压电层10323的厚度处于100纳米至500微米之间。
其中，该压电层10323具有良好的导电性，并且可能产生形变，该形变指的是压电层10323的厚度发生变化。
在本申请的一个实施例中，该上驱动电极10322和下驱动电极10324用于对压电层10323施加预设电压，以驱动压电层10323周期性发生振动。
具体的，上驱动电极10322和下驱动电极10324对压电层10323施加预设电压，使得压电层10323发生形变，该形变量与施加的预设电压大小成正比，由于发生了形变，从而驱动压电层10323周期性发生振动，进一步能够驱使自由端周期性发生振动，该振动方向为垂直方向。
在本申请的一个实施例中，该预设电压为交流电压。
当预设电压为交流电压时，由于交流电压是周期性变化的电压，因此压电层10323发生周期性变化的形变，从而驱动压电层10323发生周期性垂直振动，进而驱使自由端的发生周期性垂直振动，此时，坡莫合金层1031与设置在自由端的下方的磁电阻传感单元102之间的间距发生周期性变化，该自由端的振动频率大于预设的高频振动频率阈值。
除此之外，该预设电压也可以为恒定电压，当预设电压为恒定电压时，压电层10323发生固定的形变，从而驱动压电层10323发生固定垂直向上或者垂直向下的振动，并保持位置不变，进而驱使自由端的产生相同的垂直振动，并保持位置不变，此时，坡莫合金层1031与设置在自由端的下方的磁电阻传感单元102之间的间距发生一次变化，并保持该间距不变。
其中，当预设电压为交流电压时，使得自由端发生周期性的振动，存在最大值和最小值，进而实现磁电阻传感单元102的输出量程固定；当预设电压为恒定电压时，使得自由端产生固定的振动位置，进而磁电阻传感单元102的输出值固定，当输入不同的恒定电压，有不同的输出值，进而实现磁电阻传感单元102的输出量程可调。
基于前述内容，当预设电压为交流电压时，在一个实施例中对本申请提供的磁传感器的具体工作原理作以下说明：
非工作状态下，悬臂梁结构103与磁电阻传感单元102之间存在有一定间距；工作状态下，通过上驱动电极10322和下驱动电极10325对压电层10323施加交流电压，从而使压电层10323发生形变，并带动悬臂梁结构103中的自由端沿垂直方向发生周期性振动，该自由端的振动频率大于预设的高频振动频率阈值。在振动过程中，坡莫合金层1031与设置在自由端的下方的磁电阻传感单元102之间的间距发生周期性变化，设坡莫合金层1031与设置在自由端的下方的磁电阻传感单元102之间的间距为d。当在外部施加一个磁场信号大小为Bz的Z轴磁场时，该Z轴磁场经过坡莫合金层1031后，使得磁电阻传感单元102探测Z轴磁场信号转换为探测在Y轴上的磁场信号分量，即将探测Z轴磁场信号转换为探测Y轴磁场信号，实现Z轴的磁敏感方向，设经过坡莫合金层1031后，磁电阻传感单元102探测到的Y轴磁场信号大小为By，在悬臂梁结构103沿垂直方向上下振动过程中，By会随距离d的增大而减小，当d超过25微米时By基本为0。
请参考图4，图4中水平方向为Y轴的平行方向，垂直方向为Z轴的垂直方向，实线为磁场的磁力线，其疏密程度代表磁通量的密度，其走向代表磁通量的方向，该磁通量可以表示为磁场信号，磁通量的密度表示磁场信号的大小。位于自由端下方左侧的磁电阻传感单元102构成全桥结构的推式桥臂，位于自由端下方右侧的磁电阻传感单元102构成全桥结构的挽式桥臂，推式桥臂与挽式桥臂构成推挽式全桥结构，以输出Y轴磁场信号。当悬臂梁结构103中的自由端振动下移时，坡莫合金层1031接近磁电阻传感单元102，磁电阻传感单元102周围有较密的Y方向磁通量，即输出较大的磁场信号；反之当悬臂梁结构103中的自由端振动上移时，坡莫合金层1031远离磁电阻传感单元102，磁电阻传感单元102周围磁通量几乎全为Z方向，由于磁电阻传感单元102的敏感轴方向为Y方向，输出和Y方向磁通量大小成正比，因此磁电阻传感单元102此时难以感知到明显的Y轴磁场信号，即输出较小的磁场信号。上述自由端的周期性振动过程，可使磁电阻传感单元102探测到的Y轴磁场信号发生周期性变化，进而使得磁电阻传感单元102探测外部磁场的频率发生变化。
如图5所示，展示了磁传感器的噪声功率谱密度图，可以看出，当磁电阻传感单元102探测外部磁场的频率越高时，受到的噪声干扰越低，当探测外部磁场的频率从1Hz增加到1000Hz时其对应的噪声理论上可以减小到原来的1/25。由于磁电阻传感单元102在低频下的噪声要远高于高频噪声，因此，通过上述方式，施加较大的预设交流电压时，可以提高磁传感器探测外部磁场的频率，有效降低受到的噪声干扰，提升磁场测量精度。
综上所述，坡莫合金层1031将Z轴磁场信号发散为Y轴方向的磁场信号分量，将探测Z轴磁场信号转换为探测Y轴磁场信号，以实现Z轴的磁敏感方向，通过上驱动电极10321和下驱动电极10322对压电层10323施加预设的交流电压，从而使压电层10323发生形变，并带动悬臂梁结构103中的自由端沿垂直方向发生周期性振动，该自由端的振动频率大于预设的高频振动频率阈值，使得坡莫合金层1031与设置在自由端的下方的磁电阻传感单元102之间的间距发生周期性变化，进而周期性的改变磁电阻传感单元102探测到的Y轴磁场信号，提高了磁电阻传感单元102探测外部磁场的频率，降低了受到的噪声干扰，达到低噪声高精度磁场探测的效果。
除此之外，当预设电压为恒定电压时，坡莫合金层1031与设置在自由端的下方的磁电阻传感单元102之间的间距保持恒定不变，此时磁电阻传感单元102探测的Y轴磁场信号是恒定的，输出的磁场信号即为恒定值，可以通过改变恒定电压来改变该输出的磁场信号大小，达到固定量程的效果。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。此外，需要指出的是，本申请实施方式中的方法和装置的范围不限按示出或讨论的顺序来执行功能，还可包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序来执行功能，例如，可以按不同于所描述的次序来执行所描述的方法，并且还可以添加、省去、或组合各种步骤。另外，参照某些示例所描述的特征可在其他示例中被组合。
以上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本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，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种磁传感器，其特征在于，包括衬底、磁电阻传感单元和悬臂梁结构，其中：
所述悬臂梁结构包括坡莫合金层和设置于所述坡莫合金层一侧表面的压电驱动层，所述悬臂梁结构的一端通过所述坡莫合金层与所述衬底连接，所述悬臂梁结构的另一端为自由端，且所述自由端延伸至所述衬底的上方；
所述磁电阻传感单元设置于所述衬底靠近所述悬臂梁结构的一侧表面，且所述磁电阻传感单元设置于所述自由端的下方；
所述压电驱动层用于在施加有预设电压的情况下，驱动所述自由端振动，以使得所述坡莫合金层和所述磁电阻传感单元之间的间距发生周期性变化，所述自由端的振动频率大于预设的高频振动频率阈值；
当需要探测Z轴方向的磁场信号时，所述坡莫合金层将所述Z轴方向的磁场信号发散为Y轴方向的磁场信号分量，所述磁电阻传感单元探测所述Y轴方向的磁场信号分量，以实现具有Z轴磁敏感方向的所述磁传感器。
2.根据权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，所述衬底包括基板以及围合设置于所述基板外周的固定部；
所述悬臂梁结构的一端通过所述坡莫合金层与所述固定部连接。
3.根据权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，所述坡莫合金层厚度处于100纳米至1毫米之间。
4.根据权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，所述磁电阻传感单元的数量为多个，且多个所述磁电阻传感单元在所述衬底靠近所述悬臂梁结构的一侧表面对称分布。
5.根据权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，所述磁电阻传感单元的数量为4个，且4个所述磁电阻传感单元组成推挽式全桥结构。
6.根据权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，所述磁电阻传感单元包括依次连接的底电极层、种子层、磁性自由层、绝缘隧穿层、磁性参考层、钉扎层、顶电极层。
7.根据权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，所述压电驱动层包括依次连接的上绝缘层、上驱动电极、压电层、下驱动电极、下绝缘层和弹性梁；
所述上驱动电极和所述下驱动电极的厚度均处于20纳米至500微米之间；
所述上绝缘层和下绝缘层的厚度均处于100纳米至500微米之间。
8.根据权利要求7所述的磁传感器，其特征在于，所述压电层由氮化铝、氧化锌、钛酸铅、锆钛酸铅、钛酸钡、铁酸铋中的一种或多种制成；
所述压电层的厚度处于100纳米至500微米之间。
9.根据权利要求7所述的磁传感器，其特征在于，所述上驱动电极和所述下驱动电极用于对所述压电层施加所述预设电压，以驱动所述压电层周期性发生振动。
10.根据权利要求9所述的磁传感器，其特征在于，所述预设电压为交流电压。
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