CN117388768B - 磁阻元件及其制备方法、磁阻传感器 - Google Patents

磁阻元件及其制备方法、磁阻传感器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及传感器技术领域，具体公开了一种磁阻元件及其制备方法、磁阻传感器。该磁阻元件包括串联耦合的第一元件部与第二元件部；第一元件部包含一个以上的第一单位元件；第二元件部包含一个以上的第二单位元件；第一单位元件包括具有第一闭合涡旋磁化图案的第一自由层以及具有第二闭合涡旋磁化图案的第一参考层，用于在预设磁场范围内响应于外部磁场输出线性变化的第一信号；第二单位元件包括具有第三闭合涡旋磁化图案的第二自由层以及具有第四闭合涡旋磁化图案的第二参考层，用于在预设磁场范围内响应于外部磁场输出线性变化的第二信号。该磁阻元件在磁场方向与参考层平行时具有360°方向灵敏的技术效果，能够响应外部磁场产生线性输出。

Description

磁阻元件及其制备方法、磁阻传感器
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种磁阻元件及其制备方法、磁阻传感器。
背景技术
磁场传感器已经被广泛的应用于导航、定位、生物检测(例如：脑磁检测、心磁检测)等领域。按照检测原理，磁场传感器可以分为：霍尔传感器、磁阻传感器(各向异性磁阻传感器、巨磁阻传感器和隧穿磁阻传感器)、磁电传感器等。其中隧穿磁阻(Tunnel MagnetoResistance，TMR)传感器由于其室温下磁阻比可达200％左右，具有高灵敏、低噪声、低功耗等优点。
目前商业TMR传感器由于参考层被反铁磁层钉扎导致磁畴排布方向固定，因此TMR传感器灵敏度方向为参考层磁畴排列方向，在其他方向上均不灵敏。这导致传感器实际应用中要先了解磁场方向，之后使得传感器灵敏方向与磁场方向平行排列放置使用，导致传感器使用场景受限。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本发明的主要目的在于提供了一种磁阻元件及其制备方法、磁阻传感器，旨在解决现有技术中磁传感器只对特定方向磁场灵敏导致使用场景受限的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种磁阻元件，所述磁阻元件包括：第一元件部，其包含一个以上的第一单位元件；
第二元件部，其包含一个以上的第二单位元件；
所述第一元件部与所述第二元件部串联耦合；
所述第一单位元件，包括具有第一闭合涡旋磁化图案的第一自由层以及具有第二闭合涡旋磁化图案的第一参考层，用于在预设磁场范围内响应于外部磁场输出线性变化的第一信号；
所述第二单位元件，包括具有第三闭合涡旋磁化图案的第二自由层以及具有第四闭合涡旋磁化图案的第二参考层，用于在预设磁场范围内响应于外部磁场输出线性变化的第二信号。
可选的，在零磁场下，所述第一元件部与所述第二元件部具有相同的电阻；
在磁场方向平行于所述第一参考层的相同磁场下，所述第一信号与所述第二信号具有不同的线性变化趋势；
所述第一自由层、所述第二自由层、所述第一参考层以及所述第二参考层中各长轴与短轴的比值为1～2。
可选的，所述第一自由层与所述第一参考层的厚度相同，所述第一自由层的长轴值大于所述第一参考层的长轴值；
所述第二自由层与所述第二参考层的厚度相同，所述第二自由层的长轴值大于所述第一参考层的长轴值。
可选的，所述第一参考层与所述第二参考层的厚度相同；
所述第一参考层的长轴值与所述第二参考层的长轴值相同；
所述第一自由层的长轴值大于所述第二自由层的长轴值。
可选的，在零磁场下，所述第一单位元件与所述第二单位元件的电阻不同；
所述第一元件部中各第一单位元件经串联和/或并联耦接；
所述第二元件部中各第二单位元件经串联和/或并联耦接。
可选的，所述磁阻元件包括至少一所述第一元件部和至少一所述第二元件部，其形成惠斯通半桥结构或惠斯通全桥结构。
可选的，所述第一单位元件包括依次设置的第一顶电极层、第一自由层、第一势垒层、第一参考层及第一底电极层；
所述第二单位元件包括依次设置的第二顶电极层、第二自由层、第二势垒层、第二参考层及第二底电极层；
所述第一自由层包括依次设置的第一软磁层、第一非磁层以及第一铁磁层；所述第一铁磁层靠近所述第一势垒层设置；
所述第一参考层包括依次设置的第二软磁层、第二非磁层以及第二铁磁层；所述第二铁磁层靠近所述第一势垒层设置。
此外，为实现上述目的，本发明还提出一种磁阻元件的制备方法，应用于上述磁阻元件的制备，该方法包括以下步骤：
在基片上依次沉积底电极层薄膜、参考层薄膜、势垒层薄膜、自由层薄膜以及所述顶电极层薄膜，得磁阻堆叠；
对所述磁阻堆叠流片及磁场退火，得具有第一单位元件和第二单位元件的磁阻元件。
可选的，所述第一单位元件与所述第二单位元件中各底电极层、参考层、势垒层、自由层以及顶电极层具有相同的材质、相同的厚度、相同的形状；所述参考层、自由层具有不同的长轴值。
此外，为实现上述目的，本发明还提出一种磁阻传感器，所述磁阻传感器包括如上所述的磁阻元件；
或是由上述的制备方法所制得的磁阻元件。
本发明技术方案提出一种磁阻元件及其制备方法、磁阻传感器。所述磁阻元件包括：第一元件部，其包含一个以上的第一单位元件；第二元件部，其包含一个以上的第二单位元件；所述第一元件部与所述第二元件部串联耦合；所述第一单位元件包括具有第一闭合涡旋磁化图案的第一自由层以及具有第二闭合涡旋磁化图案的第一参考层，用于在预设磁场范围内响应于外部磁场输出线性变化的第一信号；所述第二单位元件包括具有第三闭合涡旋磁化图案的第二自由层以及具有第四闭合涡旋磁化图案的第二参考层，用于在预设磁场范围内响应于外部磁场输出线性变化的第二信号。该磁阻元件在预设磁场范围内能够随着磁场变化发生线性变化，由于对参考层方向不做钉扎固定处理，该磁阻元件在磁场方向与参考层平行时具有360°方向磁场灵敏检测的技术效果。
附图说明
图1为本发明提出的磁阻元件第一实施例的结构示意图；
图2为本发明提出的磁阻元件第一实施例中第一单位元件的层叠结构示意图；
图3为本发明提出的磁阻元件第二实施例中第一单位元件的结构俯视图；
图4为本发明提出的磁阻元件第二实施例中不同隧道结的电阻随磁场曲线图；
图5为本发明提出的磁阻元件第三实施例中磁阻元件的输出电压随磁场变化曲线图；
图6为本发明提出的磁阻元件第三实施例中磁阻元件对各磁场方向的磁场的感应对比图；
图7为本发明提出的磁阻元件第三实施例中第一单位元件的层叠结构示意图；
图8为本发明提出的磁阻元件的制备方法一实施例的流程示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
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。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
现有技术中，TMR传感器材料体系中使用单层铁磁薄膜为自由层，反铁磁层钉扎铁磁薄膜作为参考层。参考层产生交换偏置场固定磁畴排列方向，自由层依靠磁退火形成磁易轴方向。由于参考层被反铁磁层钉扎导致磁畴排布方向固定，因此TMR传感器灵敏度方向为参考层磁畴排列方向，在垂直于钉扎方向时，传感器的灵敏度接近于0。
为克服现有技术中存在的以上问题，本发明实施例提供一种在磁场方向与参考层平行时具有360°方向灵敏的磁阻元件。
参照图1，图1为本发明提出的磁阻元件第一实施例的结构示意图。基于图1提出本发明磁阻元件的第一实施例。
在本实施例中，该磁阻元件包括：第一元件部10，其包含一个以上的第一单位元件100；第二元件部20，其包含一个以上的第二单位元件200；第一元件部10与第二元件部20串联耦合。
需要说明的是，在第一元件部10中，第一单位元件100的数量可以根据实际情况进行调整。第二元件部20中，第二单位元件200的数量也可以根据实际情况进行调整，第一单位元件100的数量和第二单位元件200的数量在本实施例中不做限制。
应当理解的是，第一元件部10中各第一单位元件100可依次串联和/或并联连接；第二元件部20中各第二单位元件200可依次串联和/或并联连接。
参照图2，图2为本发明提出的磁阻元件第一实施例中第一单位元件的层叠结构示意图。第一单位元件100中包括依次设置的第一顶电极层103、第一自由层101、第一势垒层104、第一参考层102和第一底电极层105。
需要说明的是，第一单位元件100，包括具有第一闭合涡旋磁化图案的第一自由层101以及具有第二闭合涡旋磁化图案的第一参考层102，用于在预设磁场范围内响应于外部磁场输出线性变化的第一信号。
进一步地，第二单位元件200具有与第一单位元件100相类似的结构，即第二单位元件200中包括依次设置的第二顶电极层203、第二自由层201、第二势垒层204、第二参考层202和第二底电极层205。其中，第二单位元件200，包括具有第三闭合涡旋磁化图案的第二自由层201以及具有第四闭合涡旋磁化图案的第二参考层202，用于在预设磁场范围内响应于外部磁场输出线性变化的第二信号。
需要说明的是，第一信号和第二信号可以是一种电参数信号，例如可以是电压信号。磁阻元件可以将磁场变化转换为电参数变化。第一单位元件100，可以在预设范围内根据磁场强度的变化产生线性变化的第一信号。第二单位元件200，可以在预设范围内根据磁场强度的变化产生同样线性变化的第二信号。上述预设范围可以是第一信号以及第二信号与磁场强度变化呈线性关系的磁场范围。其中，第一信号和第二信号响应于相同的外部磁场具有不同的灵敏度区间。
进一步的，在上述第一自由层101、第一参考层102、第二自由层201以及第二参考层202中，仅仅在外部磁场低于其成核场后，其表面才会出现闭合涡旋磁化图案；以及，随着外部磁场的逐渐变小，在其减小至0后继续反向增大至湮灭场后，其表面的闭合涡旋磁化图案会逐渐消失。上述预设范围可以是包含在成核场-湮灭场的磁场范围内。其中，对形成磁涡旋中成核场和湮灭场大小的控制可以通过改变自由层和参考层的厚度或直径来实现，在本实施例中不做限制。
应当理解的是，施加外部磁场的方向需要与上述第一自由层101、第一参考层102、第二自由层201以及第二参考层202方向平行。
需要说明的是，上述成核场可以是指在磁性材料中，使得材料内部出现磁畴磁化的，需要施加的外部磁场。在这个外部磁场强度下，磁性材料的磁畴开始发生磁化，从未磁化状态转变为磁化状态。湮灭场可以是指在磁性材料中，使得材料内部的磁畴磁化状态发生逆转，从磁化状态转变为未磁化状态，需要施加的外部磁场强度。在这个外部磁场强度下，磁性材料的磁畴开始发生磁化反转，从磁化状态转变为未磁化状态。
应当理解的是，由于第一单位元件100可以响应于外部磁场输出线性变化的第一信号，经串联和/或并联连接后的第一元件部10同样的可以响应于外部磁场输出线性变化的第三信号。由于第二单位元件200可以响应于外部磁场输出线性变化的第二信号，经串联和/或并联连接后的第二元件部20同样的可以响应于外部磁场输出线性变化的第四信号。
在本实施例中，磁阻元件通过设置第一元件部10，其包含一个以上的第一单位元件100；第二元件部20，其包含一个以上的第二单位元件200；第一元件部10与第二元件部20串联耦合；第一单位元件100，包括具有第一闭合涡旋磁化图案的第一自由层101以及具有第二闭合涡旋磁化图案的第一参考层102，用于在预设磁场范围内响应于外部磁场输出线性变化的第一信号；第二单位元件200，包括具有第三闭合涡旋磁化图案的第二自由层201以及具有第四闭合涡旋磁化图案的第二参考层202，用于在预设磁场范围内响应于外部磁场输出线性变化的第二信号。该磁阻元件在预设磁场范围内能够随着磁场变化产生线性输出信号，由于对参考层方向不做钉扎固定处理，该磁阻元件在磁场方向与参考层平行时具有360°方向磁场灵敏检测的技术效果。
参照图3，图3为本发明提出的磁阻元件第二实施例中第一单位元件的结构俯视图。基于上述磁阻元件的第一实施例提出本发明磁阻元件的第二实施例。
在本实施例中，第一自由层101、第二自由层201、第一参考层102以及第二参考层202可以为圆盘状，也可以为椭圆盘状(未在图中示出)，其长轴与短轴的比值可在1-2之间。图3中以圆盘状结构为例，此时长轴与短轴的比值为1，并不作为对本方案中第一单位元件的结构具体限定。第一单位元件100中还包括有第一底电极层105，用于传输第一单位元件100产生的第一信号，第一底电极层105的形状在本实施例中不做限制。
需要说明的是，第一自由层101与第一参考层102的厚度相同，第一自由层101的长轴值大于第一参考层102的长轴值。使得第一自由层101和第一参考层102具备灵敏度不同的线性输出能力，第一单位元件100能够响应于外部磁场输出线性变化的第一信号。
进一步地，第二单位元件200具有与第一单位元件100相类似的结构，即第二自由层201与第二参考层202的厚度相同，第二自由层201的长轴值大于第二参考层202的长轴值。使得第二自由层201和第二参考层202具备灵敏度不同的线性输出能力，第二单位元件200能够响应于外部磁场输出线性变化的第二信号。
应当理解的是，在上述磁阻元件中，第一自由层101、第一参考层102、第二自由层201和第二参考层202之间相互平行设置。
在另一种可能的实现方式中，第一自由层101与第一参考层102的厚度不相同，第一自由层101的长轴值等于第一参考层102的长轴值。第二自由层201与第二参考层202的厚度不相同，第二自由层201的长轴值等于第二参考层202的长轴值。(未在图中示出)也可以产生线性输出的第一信号以及第二信号。
进一步地，第一参考层102与第二参考层202的厚度相同，第一参考层102的长轴值与第二参考层202的长轴值相同，第一自由层101的长轴值大于第二自由层201的长轴值。
需要说明的是，通过设置第一自由层101的长轴值大于第二自由层201的长轴值，使得第一元件部10和第二元件部20具备不同的灵敏度和线性区间。
参照图4，图4为本发明提出的磁阻元件第二实施例中不同隧道结的电阻随磁场曲线图。
需要说明的是，本发明实施例的磁阻元件可以包括由第一自由层101、第一势垒层104和第一参考层102组成的第一隧道结，以及由第二自由层201、第二势垒层204和第二参考层202组成的第二隧道结。以圆盘状结构为例，即上述第一自由层101的半径r1大于第二自由层201的半径r2。
应当理解的是，包含较大半径第一自由层的第一隧道结一般具备较窄的线性区间以及较高的灵敏度，包含较小半径第二自由层的第二隧道结一般具备较宽的线性区间以及较低的灵敏度。
进一步地，在磁场方向平行于第一参考层的相同磁场下，第一信号与第二信号在相同磁场下具有不同的线性灵敏度。
需要说明的是，不同隧道结的电阻随磁场变化曲线差异在本实施例中是由于：第一自由层101的长轴值与第二自由层201的长轴值不同。导致第一自由层101以及第二自由层201中成核场和湮灭场大小不同，进而使得第一信号以及第二信号与磁场强度变化的线性关系也不同。
在本实施例中，磁阻元件在零磁场下，第一单位元件100与第二单位元件200的电阻不同，通过设置第一元件部10中各第一单位元件100经串联和/或并联耦接的数量，以及设置第二元件部20中各第二单位元件200经串联和/或并联耦接的数量，使得第一元件部10与第二元件部20具有相同的电阻值。通过设计第一元件部以及第二元件部不同的灵敏度和线性区间，磁阻元件能够实现在磁场方向与参考层平行时产生360°方向磁场灵敏的线性输出。
参照图5和图6，图5为本发明提出的磁阻元件第三实施例中磁阻元件的输出电压随磁场变化曲线图；图6为本发明提出的磁阻元件第三实施例中磁阻元件对各磁场方向的磁场的感应对比图。基于上述磁阻元件的第一实施例提出本发明磁阻元件的第三实施例。
在本实施例中，磁阻元件包括至少一个第一元件部10和至少一个第二元件部20，其形成惠斯通半桥结构或惠斯通全桥结构。根据桥臂中电阻随磁场的变化特性，惠斯通电桥结构可以分为：半桥结构和全桥结构。
需要说明的是，该磁阻元件中第一元件部10与第二元件部20的数量为1个时，第一元件部10与第二元件部20可电连接组成惠斯通半桥结构。该磁阻元件中第一元件部10与第二元件部20的数量为2个时，第一元件部10与第二元件部20可电连接组成惠斯通全桥结构。由于全桥结构灵敏度最高，在本实施例中可以采用惠斯通全桥结构。
应当理解的是，通过构建惠斯通全桥结构，将第一元件部10和第二元件部20响应于外部磁场变化的线性电阻变化，以电压变化的方式输出，进而实现对外部磁场大小的检测。由图5中可以看出，在外部磁场范围在-200～200Oe范围内，惠斯通全桥结构的磁阻元件能产生线性变化的电压输出信号。
其中，图6中虚线为外部磁场方向与参考层平行时，施加的大小为9.6Oe的外部磁场；实线为通过本发明实施例磁阻元件实际检测到的磁场大小。
应当理解的是，在零磁场下，第一元件部10与第二元件部20具有相同的电阻。
需要说明的是，第一元件部10中多个第一单位元件100可并联组成第一单位元件组，然后再将各第一单位元件组串联连接；第二元件部20中多个第二单位元件200可并联组成第二单位元件组，然后再将各第二单位元件组串联连接。
进一步地，在零磁场下，第一单位元件100与第二单位元件200的电阻不同。
应当理解的是，可以通过修改第一元件部10中串联和/或并联的第一单位元件100的数量以及第二元件部20中串联和/或并联的第二单位元件200的数量，使得在零磁场下，第一元件部10与第二元件部20具有相同的电阻。例如：第一元件部10中第一单位元件100的电阻值为R1，第二元件部20中第二单位元件200的电阻值为R2，第一元件部10中第一单位元件100的并联数量为a1，并联后串联的数量为b1，则串并联后构成第一元件部10的总阻值为：R1×b1/a1。第二元件部20中第二单位元件200的并联数量为a2，并联后串联的数量为b2，则串并联后构成第二元件部20的总阻值为：R2×b2/a2。
应当理解的是，可以通过调节a1、b1、a2、b2的数量，以实现第一元件部10以及第二元件部20的电阻平衡。
参照图7，图7为本发明提出的磁阻元件第三实施例中第一单位元件的层叠结构示意图。第一单位元件100包括依次设置的第一顶电极层103、第一自由层101、第一势垒层104、第一参考层102及第一底电极层105；第二单位元件200包括依次设置的第二顶电极层203、第二自由层201、第二势垒层204、第二参考层202及第二底电极层205。
其中，第一自由层101包括依次设置的第一软磁层1011、第一非磁层1012以及第一铁磁层1013；第一铁磁层1013靠近第一势垒层104设置；第一参考层102包括依次设置的第二软磁层1023、第二非磁层1022以及第二铁磁层1021；第二铁磁层1023靠近第一势垒层104设置。
进一步地，第二单位元件200具有与第一单位元件100相类似的结构，第二自由层201包括依次设置的第三软磁层2011、第三非磁层2012以及第三铁磁层2013；第三铁磁层2013靠近第二势垒层204设置；第二参考层202包括依次设置的第四软磁层2021、第四非磁层2022以及第四铁磁层2023；第四铁磁层2023靠近第二势垒层204设置。
需要说明的是，第一软磁层1011以及第二软磁层1023可以采用软磁材料构成，在本实施例中，可以选用FeCoSiB、NiFe等软磁合金。第一铁磁层1013以及第二铁磁层1021可以采用铁磁性材料构成。第一顶电极层103和第一底电极层105可以采用导电的金属材料构成。第一势垒层，可以采用绝缘的氧化物材料构成。
应当理解的是，可以采用软磁材料与铁磁材料耦合诱导闭合涡旋畴的形成。中间采用非磁材料分隔，起到隔离铁磁层和软磁材料的作用，防止两者之间的磁耦合。
需要说明的是，软磁材料具有较低的矫顽力和剩余磁化强度，因此容易被外部磁场所影响。铁磁材料则具有较高的矫顽力和剩余磁化强度，能够保持较长时间的磁化状态。当软磁材料与铁磁材料相互作用时，铁磁材料可以在软磁材料的影响下发生磁化反转，形成磁涡旋。
在本实施例中，该磁阻元件的第一单位元件包括依次设置的第一顶电极层、第一自由层、第一势垒层、第一参考层及第一底电极层；第一自由层包括依次设置的第一软磁层、第一非磁层以及第一铁磁层；第一参考层包括依次设置的第二软磁层、第二非磁层以及第二铁磁层。通过使用第一单位元件和第二单位元件搭建惠斯通全桥的方式，设置每个桥臂具备相同的阻值，构建相应的磁阻线性变化规律，使得磁阻元件能够实现在磁场方向与参考层平行时360°方向磁场灵敏检测的技术效果。
此外，本发明还提出一种磁阻元件的制备方法。参照图8，图8为本发明提出的磁阻元件的制备方法一实施例的流程示意图。
本实施例中，该磁阻元件的制备方法包括以下步骤：
步骤S10：在基片上依次沉积底电极层薄膜、参考层薄膜、势垒层薄膜、自由层薄膜以及顶电极层薄膜，得磁阻堆叠。
需要说明的是，本实施例的方法应用于制备上述实施例中的磁阻元件的制备。
应当理解的是，基片可根据实际需求进行选择，例如：氧化硅，本实施例对此不做限制。
步骤S20：对磁阻堆叠流片及磁场退火，得具有第一单位元件和第二单位元件的磁阻元件。
需要说明的是，第一单位元件中的参考层薄膜与与第二单位元件中的参考层薄膜具有相同厚度；第一单位元件中的参考层薄膜的长轴值与第二单位元件中的参考层薄膜具有相同长轴值；第一单位元件中的自由层薄膜的长轴值大于第二单位元件中的自由层薄膜的长轴值。
应当理解的是，由于软磁材料可以选择为FeCoSiB、NiFe等软磁合金，上述磁场退火的温度应当选取在280-350℃的范围之间。优选的，选取320℃作为磁场退火的温度。
需要说明的是，第一自由层与第一参考层的厚度相同，第一自由层的长轴值大于第一参考层的长轴值；第二自由层与第二参考层的厚度相同，第二自由层的长轴值大于第一参考层的长轴值。第一自由层、第二自由层、第一参考层以及第二参考层中各长轴与短轴的比值为1～2。
在本实施例中，在基片上依次沉积底电极层薄膜、参考层薄膜、势垒层薄膜、自由层薄膜以及顶电极层薄膜，得磁阻堆叠。对磁阻堆叠流片及磁场退火，得具有第一单位元件和第二单位元件的磁阻元件。该磁阻元件在预设磁场范围内能够随着磁场变化产生线性输出信号，由于对参考层方向不做钉扎固定处理，该磁阻元件在磁场方向与参考层平行时具有360°方向磁场灵敏检测的技术效果。
本发明还提供一种磁阻传感器，磁阻传感器包括上述磁阻元件，或由上述的制备方法所制得的磁阻元件。该磁阻传感器可用于电流感测、速度感测、方向感测、旋转角度感测或接近感测中的至少一种。
该磁阻传感器继承了磁阻元件的高灵敏度及宽线性范围的优点，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
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、物品或者系统不仅包括那些要素，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、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种磁阻元件，其特征在于，所述磁阻元件包括：
第一元件部，其包含一个以上的第一单位元件；
第二元件部，其包含一个以上的第二单位元件；
所述第一元件部与所述第二元件部串联耦合；
所述第一单位元件，包括具有第一闭合涡旋磁化图案的第一自由层以及具有第二闭合涡旋磁化图案的第一参考层，用于在预设磁场范围内响应于外部磁场输出线性变化的第一信号；
所述第二单位元件，包括具有第三闭合涡旋磁化图案的第二自由层以及具有第四闭合涡旋磁化图案的第二参考层，用于在预设磁场范围内响应于外部磁场输出线性变化的第二信号；
其中，在零磁场下，所述第一元件部与所述第二元件部具有相同的电阻；
在磁场方向平行于所述第一参考层的相同磁场下，所述第一信号与所述第二信号具有不同的线性变化趋势；
所述第一自由层、所述第二自由层、所述第一参考层以及所述第二参考层中各长轴与短轴的比值为1～2。
2.根据权利要求1所述的磁阻元件，其特征在于，
所述第一自由层与所述第一参考层的厚度相同，所述第一自由层的长轴值大于所述第一参考层的长轴值；
所述第二自由层与所述第二参考层的厚度相同，所述第二自由层的长轴值大于所述第一参考层的长轴值。
3.根据权利要求2所述的磁阻元件，其特征在于，
所述第一参考层与所述第二参考层的厚度相同；
所述第一参考层的长轴值与所述第二参考层的长轴值相同；
所述第一自由层的长轴值大于所述第二自由层的长轴值。
4.根据权利要求3所述的磁阻元件，其特征在于，
在零磁场下，所述第一单位元件与所述第二单位元件的电阻不同；
所述第一元件部中各第一单位元件经串联和/或并联耦接；
所述第二元件部中各第二单位元件经串联和/或并联耦接。
5.根据权利要求1所述的磁阻元件，其特征在于，
所述磁阻元件包括至少一所述第一元件部和至少一所述第二元件部，其形成惠斯通半桥结构或惠斯通全桥结构。
6.根据权利要求5所述的磁阻元件，其特征在于，
所述第一单位元件包括依次设置的第一顶电极层、第一自由层、第一势垒层、第一参考层及第一底电极层；
所述第二单位元件包括依次设置的第二顶电极层、第二自由层、第二势垒层、第二参考层及第二底电极层；
所述第一自由层包括依次设置的第一软磁层、第一非磁层以及第一铁磁层；所述第一铁磁层靠近所述第一势垒层设置；
所述第一参考层包括依次设置的第二软磁层、第二非磁层以及第二铁磁层；所述第二铁磁层靠近所述第一势垒层设置。
7.一种磁阻元件的制备方法，应用于如权利要求1-6任一项所述的磁阻元件的制备，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
在基片上依次沉积底电极层薄膜、参考层薄膜、势垒层薄膜、自由层薄膜以及顶电极层薄膜，得磁阻堆叠；
对所述磁阻堆叠流片及磁场退火，得具有第一单位元件和第二单位元件的磁阻元件。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，
所述第一单位元件与所述第二单位元件中各底电极层、参考层、势垒层、自由层以及顶电极层具有相同的材质、相同的厚度、相同的形状；所述参考层、自由层具有不同的长轴值。
9.一种磁阻传感器，其特征在于，所述磁阻传感器包括：
如权利要求1-6中任一项所述的磁阻元件；
或是，由权利要求7或8所述的制备方法所制得的磁阻元件。
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