CN209842037U - 一种tmr传感器 - Google Patents
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Abstract
一种TMR传感器，包括：绝缘基底；设置于所述绝缘基底上的MTJ阵列，所述MTJ阵列由M×N个间隔设置的MTJ单元组成；连接电极，所述连接电极用于串联MTJ阵列中位于同一排的两个相邻的MTJ单元，以及用于串联MTJ阵列中一排MTJ单元和其后一排MTJ单元；调节电极，所述调节电极从多个所述连接电极引出。本实用新型通过连接电极将阵列中每一排上相邻的MTJ单元串联在一起，以及将相邻排的MTJ单元串联在一起，并从一个或多个连接电极上引出调节电极，通过选择不同的调节电极作为输入端和输出端即可实现对MTJ单元串联个数的选择，并可通过将某些调节电极短路，调节阻值的大小，进而实现电路零点的调节。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种磁场探测传感器，尤指涉及一种串联个数可调的TMR传感器。
背景技术
磁传感器是一种可以探测磁场的方向、强度以及位置的传感器，在许多领域已得到了广泛使用。TMR(Tunnel Magnetoresistance，隧道磁电阻)型传感器是磁传感器的一种，由于具有偏移低，灵敏度高和温度性能好的优点，近年来逐渐在工业领域得到应用。TMR传感器的磁电阻会随外加磁场的大小、方向的变化而变化，其灵敏度优于霍尔效应传感器、AMR(Anisotropy Magnetoresistance，各向异性磁阻)型传感器以及GMR(GiantMagnetoresistance，巨磁电阻)型传感器，而且具备更好的温度稳定性和更低的功耗，加上TMR型传感器的加工工艺可以很方便地和现有半导体工艺结合，因此具有更多的应用前景。
MTJ(magnetic tunnel junction，磁隧道结)单元是TMR传感器的主要结构单元，MTJ单元会随着外加磁场变化而发生的巨大的电阻变化效应，是TMR传感器的工作核心来源。由于单个MTJ单元的击穿电压较低，TMR传感器中会采用串联多个MTJ单元的方式来增加整体的击穿电压，这样同时还能提高器件的信噪比。TMR传感器一般是由2个或4个TMR传感单元组成的桥式电路构成，在实际生产中，由于MTJ阵列中的一个或多个MTJ单元偶有短路导通现象，从而导致TMR传感单元之间存在阻值的偏差，阻值差通常为单个MTJ单元阻值的整数倍，增加了后期传感器电路调零的操作难度。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种便于电路调零的TMR传感器。
为了实现上述目的，本实用新型采取如下的技术解决方案：
一种TMR传感器，包括：绝缘基底；设置于所述绝缘基底上的MTJ阵列，所述MTJ阵列由M×N个间隔设置的MTJ单元组成；连接电极，所述连接电极用于串联MTJ阵列中位于同一排的两个相邻的MTJ单元，以及用于串联MTJ阵列中一排MTJ单元和其后一排MTJ单元；调节电极，所述调节电极从多个所述连接电极引出。
进一步的，所述MTJ单元包括两个串联的MTJ结构。
进一步的，所述MTJ结构通过底电极串联。
进一步的，相邻排的MTJ单元串联时，一排MTJ单元在该排的第1个MTJ单元处或最后一个MTJ单元处通过连接电极与其后一排MTJ单元的第1个MTJ单元或最后一个MTJ单元相连，每一个MTJ单元上连接有两个连接电极。
进一步的，所述连接电极包括单连接电极，一个MTJ阵列中具有两个单连接电极，所述单连接电极连接于串联在一起的MTJ单元中的第一个MTJ单元和最后一个MTJ单元上；除了单连接电极外，每个连接电极均与两个MTJ单元相连，单连接电极只与一个MTJ单元相连。
进一步的，所述调节电极从MTJ阵列最外圈的所述连接电极引出。
进一步的，所述调节电极包括微调电极和粗调电极，所述微调电极从MTJ阵列中的第1排和/或第M排的MTJ单元间的连接电极引出，所述粗调电极从连接相邻排MTJ单元的连接电极引出。
由以上技术方案可知，本实用新型在设计传感器的电路布图时，通过连接电极将MTJ单元串联在一起，并从两个或两个以上连接电极处引出调节电极，可根据不同的需求，选择两个不同的调节电极作为MTJ单元的输入端和输出端，从而可以实现MTJ阵列中从几个到几百个MTJ单元串联个数的可选择性，进行电路调零操作时，可将某些调节电极短路，即可调节阻值的大小，进而调节电路的零点，大大降低了TMR传感器后期电路的调零难度，而且还可以满足不同电压需求的应用场景，如单个MTJ的工作电压在0.1V以内，通常电路中的标准电压有3.3V，5V，12V等，通过选择MTJ的串联个数，可以将其应用在不同电压的电路中，扩大了应用范围。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例的示意图；
图2为MTJ阵列的示意图；
图3为TMR单元的俯视图；
图4为MTJ的结构示意图；
图5为位于同一排的相邻MTJ单元通过连接电极连接的局部结构示意图；
图6为相邻排的MTJ单元通过连接电极连接的局部结构示意图。
具体实施方式
为了让本实用新型的上述和其它目的、特征及优点能更明显，下文特举本实用新型实施例，并配合所附图示，做详细说明如下。
如图1所示，本实施例的TMR传感器包括设置于绝缘基底(未图示)上的MTJ阵列、连接电极2、调节电极及外围电路(未图示)。MTJ阵列由多个MTJ单元1组成，MTJ单元1以M排×N列的形式排列形成阵列(图2)，M、N为大于零的整数。如图3所示，一个MTJ单元1包括两个串联在一起的MTJ结构1-1，本实施例的MTJ结构1-1通过直接生长在绝缘基底上的底电极串联导通。MTJ结构1-1为常规结构，如图4所示，MTJ结构1-1为形成于绝缘基底10上的多层膜结构，MTJ结构1-1从下往上依次是缓冲层1-1a、自由层1-1b、势垒层1-1c、钉扎层1-1d和覆盖层1-1e。本实施例的缓冲层1-1a为三层结构，从下往上依次为Ta层、Ru层和Ta层。自由层1-1b可以由铁或镍或钴或镍铁合金或钴铁合金或钴铁非金元素合金(CoFeX固溶体，其中X为非金属元素，优选为ⅢA族元素)等材料制成。势垒层1-1c可以由氧化镁或三氧化二铝等材料制成。钉扎层1-1d由铁磁层(CoFeB)和反铁磁层(IrMn)构成，覆盖层1-1e包括黏附层(Ta)和隔离层(Ru)。
结合图1、图5和图6，MTJ阵列中，位于同一排上的相邻的两个MTJ单元1通过连接电极2串联在一起。同时，相邻排的MTJ单元也通过连接电极2串联，即MTJ阵列中，一排MTJ单元在该排的首端(第1个MTJ单元)或尾端(第N个MTJ单元)通过连接电极2与其后一排MTJ单元的首端(第1个MTJ单元)或尾端(第N个MTJ单元)对应相连，从而使各排MTJ单元串联在一起。每一个MTJ单元上都连接有两个连接电极2，连接电极2中有两个单连接电极2’，除了单连接电极2’外，每个连接电极2均与两个MTJ单元相连，单连接电极2’连接于串联在一起的MTJ单元中的第一个MTJ单元和最后一个MTJ单元上。本实施例中，与第1排的首个MTJ单元相连的两个连接电极2中，有一个连接电极2为单连接电极2’，单连接电极2’只与一个MTJ单元相连，不与相邻排上对应位置的MTJ单元相连。同样的，与第M排的首个(或最后一个)MTJ单元相连的两个连接电极2中，也有一个连接电极2对应为单连接电极2’。
图1所示的MTJ阵列中，第1排的首个MTJ单元上连接有一个单连接电极2’，第1个MTJ单元同时通过连接电极2与第1排的第2个MTJ单元相连，每一排上的MTJ单元都通过连接电极2依次与其后一个(或前一个)MTJ单元串联，第1排的最后1个MTJ单元与第2排的最后一个MTJ单元通过连接电极2串联，第2排的首个MTJ单元与第3排的首个MTJ单元通过连接电极2串联，第3排的最后一个MTJ单元和第4排的最后一个MTJ单元通过连接电极2串联，以此类推，最后一排的最后一个MTJ单元上对应连接有一个单连接电极2’。
调节电极从一个或多个连接电极2上引出，为了便于电路版图设计及方便走线布图，优选的，调节电极从MTJ阵列最外圈的一个或多个连接电极2上引出。调节电极包括微调电极3-1和粗调电极3-2。其中，微调电极3-1从第1排和/或第M排的MTJ单元间的一个或多个连接电极2上引出，粗调电极3-2从连接相邻排MTJ单元的一个或多个连接电极2上引出。以本实施例的MTJ阵列为例，在进行粗调节时，通过将相邻的粗调电极3-2用焊接引线方式短接，可以获得以10个MTJ电阻为单元的电阻调节量；在进行微调时，通过将相邻的微调电极3-1用焊接引线方式短接，可以获得以2个MTJ电阻为单元的电阻调节量。连接电极2和调节电极可采用金或银或铜等材质制成。
本实用新型通过连接电极将阵列中每一排上相邻的MTJ单元串联在一起，以及将相邻排的MTJ单元串联在一起，并从一个或多个连接电极上引出调节电极。在将MTJ阵列与传感器的外围电路连接时，选择两个不同的调节电极作为输入端和输出端，此时连接电极会将输入端和输出端之间特定数量的MTJ单元串联在一起，通过选择不同的调节电极作为输入端和输出端即可实现对MTJ单元串联个数的选择。在进行电路调零操作时，根据调零时阻值一致性的调节需求，在某些调节电极之间点焊短路引线a(图1)，通过短路引线a使相连的调节电极短路，即可调节MTJ阵列的阻值的大小，进而可以调节电路的零点。
下面对本实用新型TMR传感器的制备方法进行说明，其制备过程包括以下步骤：
利用磁控溅射在绝缘基底上依次生长出缓冲层、自由层、势垒层、钉扎层和覆盖层，形成多层膜结构；
在多层膜结构上通过掩膜和光刻技术匀胶并显影出想要的结构，形成相互独立的MTJ单元，采用等离子体刻蚀技术刻蚀并将残胶去掉后，得到MTJ阵列，此时，阵列中的MTJ单元之间无连接导通，每个MTJ单元均包括一对MTJ结构，MTJ结构(通过底电极)互相串联；
在MTJ阵列上进行第二次光刻，然后在阵列结构上再次生长一层电极层，用于形成连接电极和调节电极，去胶剥离后，得到通过连接电极连接导通的MTJ阵列，一个MTJ阵列中只有两个单连接电极，调节电极(微调电极和粗调电极)的引出位置和设置数量可根据需求进行相应设计；
根据传感器的电压需求，从调节电极中选择两个作为MTJ阵列的输出端和输出端与传感器的外围电路相连，连接完成后，从输入端输入电流，并检测输出电压，进行传感器测试，测试合格后即得到传感器成品。
当然，本实用新型的技术构思并不仅限于上述实施例，还可以依据本实用新型的构思得到许多不同的具体方案，例如，排、列和方向相关，在以上说明中，排和列是以图1和图2所示的方向来进行描述，如图1、图2中MTJ阵列由12排×5列的MTJ单元组成，同一排的5个MTJ单元中相邻的两两之间通过连接电极相连，相邻排的MTJ单元在首端或尾端通过调节电极与下一排的MTJ单元的首端或尾端对应连接；当将图1、图2所示的阵列旋转90°后，排和列正好颠倒，即MTJ阵列由5排×12列的MTJ单元组成，但连接电极、调节电极与MTJ阵列间的连接关系依然不变，同一排的12个MTJ单元中相邻的两两之间仍是通过连接电极相连，相邻排的MTJ单元在首端或尾端通过调节电极与下一排的MTJ单元的首端或尾端对应连接；诸如此等改变以及等效变换均应包含在本实用新型所述的范围之内。
Claims (7)
1.一种TMR传感器，其特征在于，包括：
绝缘基底；
设置于所述绝缘基底上的MTJ阵列，所述MTJ阵列由M×N个间隔设置的MTJ单元组成；
连接电极，所述连接电极用于串联MTJ阵列中位于同一排的两个相邻的MTJ单元，以及用于串联MTJ阵列中一排MTJ单元和其后一排MTJ单元；
调节电极，所述调节电极从多个所述连接电极引出。
2.如权利要求1所述的TMR传感器，其特征在于：所述MTJ单元包括两个串联的MTJ结构。
3.如权利要求2所述的TMR传感器，其特征在于：所述MTJ结构通过底电极串联。
4.如权利要求1或2或3所述的TMR传感器，其特征在于：相邻排的MTJ单元串联时，一排MTJ单元在该排的第1个MTJ单元处或最后一个MTJ单元处通过连接电极与其后一排MTJ单元的第1个MTJ单元或最后一个MTJ单元相连，每一个MTJ单元上连接有两个连接电极。
5.如权利要求1或2或3所述的TMR传感器，其特征在于：所述连接电极包括单连接电极，一个MTJ阵列中具有两个单连接电极，所述单连接电极连接于串联在一起的MTJ单元中的第一个MTJ单元和最后一个MTJ单元上；除了单连接电极外，每个连接电极均与两个MTJ单元相连，单连接电极只与一个MTJ单元相连。
6.如权利要求1或2或3所述的TMR传感器，其特征在于：所述调节电极从MTJ阵列最外圈的所述连接电极引出。
7.如权利要求6所述的TMR传感器，其特征在于：所述调节电极包括微调电极和粗调电极，所述微调电极从MTJ阵列中的第1排和/或第M排的MTJ单元间的连接电极引出，所述粗调电极从连接相邻排MTJ单元的连接电极引出。
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2019
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