DE102016124651A1

DE102016124651A1 - Vorrichtungen, Systeme und Verfahren mit magnetischen Strukturen

Info

Publication number: DE102016124651A1
Application number: DE102016124651.4A
Authority: DE
Inventors: Alan J. O'Donnell; Robert GUYOL; Maria Jose Martinez; Jan KUBIK; Padraig L. FITZGERALD; Javier CALPE MARAVILLA; Michael P. Lynch; Eoin E. ENGLISH
Original assignee: Analog Devices Global ULC
Current assignee: Analog Devices International ULC
Priority date: 2015-12-17
Filing date: 2016-12-16
Publication date: 2017-06-22
Also published as: CN106896333A; TW202018907A; US10145906B2; JP2017111148A; US20170178781A1; TW202209629A; TW201901923A; TWI733295B; TW201724466A; US11649157B2; TWI772053B; US20210405130A1; TWI706539B; JP2020020813A; CN114675218A; US11061086B2; US20190178953A1; JP7113804B2; US10429456B2; TWI639220B

Abstract

Eine magnetische Vorrichtung kann eine magnetische Struktur, eine Vorrichtungsstruktur und eine zugehörige Schaltung aufweisen. Die magnetische Struktur kann eine strukturierte Materialschicht mit einer vorbestimmten magnetischen Eigenschaft aufweisen. Die strukturierte Schicht kann dazu konfiguriert sein, z. B. ein Magnetfeld zu schaffen, ein Magnetfeld zu erfassen, einen Magnetfluss zu lenken oder zu konzentrieren, eine Komponente vor einem Magnetfeld abzuschirmen oder eine magnetisch betätigte Bewegung zu schaffen usw. Die Vorrichtungsstruktur kann eine andere Struktur der Vorrichtung sein, die mit der magnetischen Struktur physikalisch verbunden oder relativ zu dieser angeordnet ist, z. B. um die magnetische Struktur strukturell abzustützen, deren Betrieb zu ermöglichen oder anderweitig diese in die magnetische Vorrichtung zu integrieren usw. Die zugehörige Schaltung kann mit der magnetischen Struktur elektrisch verbunden sein, um Signale der magnetischen Struktur zu empfangen, zu liefern, aufzubereiten oder zu verarbeiten.

Description

HINTERGRUNDINFORMATIONEN,
Viele Anwendungen verwenden magnetische Strukturen (magnetic structures), um eine Erfassung, Betätigung und Kommunikation usw. in Vorrichtungen wie z. B. integrierten Schaltungen, Sensoren und mikromechanischen Vorrichtungen usw. durchzuführen. Solche Vorrichtungen umfassen magnetische Strukturen anstelle von oder zusätzlich zu anderen Elementen wie z. B. elektronischen Strukturen.
Probleme entstehen jedoch, wenn magnetische Strukturen in verschiedene Vorrichtungen integriert werden. Die Herstellung von Materialien mit spezifischen magnetischen Eigenschaften wie z. B. Erzeugung eines Magnetfeldes oder mit elektrischen Eigenschaften, die als Funktion eines Magnetfeldes variieren, beinhaltet spezifische Anforderungen wie z. B. in Bezug auf Temperatur oder Verunreinigungen während des Herstellungsprozesses. Diese Anforderungen stehen häufig in Konflikt mit der Herstellung von andern Materialien wie z. B. Halbleitern, Dielektrika und Metallen in derselben Vorrichtung oder schränken diese übermäßig ein.
Vorrichtungen mit magnetischen Strukturen erfordern typischerweise auch spezifische Betriebsbedingungen wie z. B. in Bezug auf die Bahn eines Magnetfeldes, die manchmal in Konflikt stehen mit Betriebsbedingungen wie z. B. in Bezug auf andere elektrische, magnetische oder elektromagnetische Felder von anderen Elementen, die in derselben Vorrichtung enthalten sind, oder diese übermäßig einschränken.
Daher existiert ein Bedarf an magnetischen Vorrichtungen, Systemen und entsprechenden Verfahren, die magnetische Strukturen in einer verbesserten Weise integrieren.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Damit Merkmale der vorliegenden Erfindung verstanden werden können, wird nachstehend eine Anzahl von Zeichnungen beschrieben. Die beigefügten Zeichnungen stellen jedoch nur spezielle Ausführungsformen der Erfindung dar und sollen daher nicht als Begrenzung ihres Schutzbereichs betrachtet werden, da die Erfindung andere gleichermaßen effektive Ausführungsformen umfassen kann.
1 ist ein schematisches Diagramm, das eine Ausführungsform einer magnetischen Vorrichtung darstellt.
2(a)–2(k) sind Draufsichten, die Ausführungsformen einer strukturierten Materialschicht mit einer ausgewählten magnetischen Eigenschaft darstellen. 2(a) stellt eine Ausführungsform einer strukturierten Schicht mit einer Kreuzform dar. 2(b) stellt eine Ausführungsform einer strukturierten Schicht mit einer kreisförmigen Form dar. 2(c) stellt eine Ausführungsform einer strukturierten Schicht mit einer quadratischen oder rechteckigen Form dar. 2(d) stellt eine Ausführungsform einer strukturierten Schicht mit Abschnitten dar, die in einem Muster angeordnet sind, wobei Teilmengen der Abschnitte einander zugewandt angeordnet sind. 2(e) stellt eine Ausführungsform einer strukturierten Schicht mit Abschnitten dar, die in einer Matrix mit einem charakteristischen Abstand zwischen ihnen angeordnet sind. 2(f) stellt eine Ausführungsform einer strukturierten Schicht mit mehreren separaten Abschnitten dar, die konzentrische Ringe bilden. 2(g) stellt eine Ausführungsform einer strukturierten Schicht mit mehreren separaten Abschnitten dar, die Streifen bilden, die rechteckige Formen mit ausgerichteten Zentren umschreiben. 2(h) stellt eine Ausführungsform einer strukturierten Schicht mit mehreren separaten bogenförmigen Segmenten dar, die so angeordnet sind, dass sie einen Ring umschreiben. 2(i) stellt eine Ausführungsform einer strukturierten Schicht mit mehreren Segmenten dar, die so angeordnet sind, dass sie ein Quadrat oder Rechteck umschreiben. 2(j) stellt eine Ausführungsform einer strukturierten Schicht mit mehreren linearen Abschnitten dar, die miteinander verbunden sind, um ein einzelnes integrales Segment zu bilden, das einem Rückwärts- und Vorwärtspfad folgt. 2(k) stellt eine Ausführungsform einer strukturierten Schicht mit einer Spiralform dar.
3(a)–3(c) sind Querschnittsseitenansichten, die Ausführungsformen einer strukturierten Materialschicht darstellen. 3(a) stellt eine Ausführungsform der strukturierten Schicht mit einer im Wesentlichen konstanten Höhe in der Richtung senkrecht zur Ebene, die die Form der Schicht definiert, entlang einer Achse parallel zur Ebene, die die Form definiert, dar. 3(b) stellt eine Ausführungsform der strukturierten Schicht mit einer Höhe dar, die von im Wesentlichen null bis zu einer vorbestimmten Höhe variiert. 3(c) stellt eine Ausführungsform der strukturierten Schicht mit einer Höhe dar, die von einer ersten vorbestimmten Höhe zu einer zweiten vorbestimmten Höhe variiert.
4(a)–4(d) sind perspektivische und Querschnittsseitenansichten, die Ausführungsformen einer Verbundschicht mit einer strukturierten Materialschicht darstellen. 4(a) stellt eine Perspektive einer Ausführungsform einer strukturierten Materialschicht dar, die in einer integralen Weise mit einer anderen Materialschicht ausgebildet ist. 4(b) stellt eine Querschnittsansicht der Ausführungsform von 4(a) dar. 4(c) stellt eine Querschnittsdraufsicht einer anderen Ausführungsform einer Verbundschicht dar. 4(d) stellt eine Querschnittsseitenansicht einer anderen Ausführungsform einer Verbundschicht dar.
5(a)–5(d) sind Querschnittsseitenansichten, die Ausführungsformen einer strukturierten Materialschicht mit einer ausgewählten magnetischen Eigenschaft darstellen. 5(a) stellt eine Querschnittsansicht einer Materialschicht mit einer oberen Oberfläche mit mehreren Vorsprüngen und Aussparungen dar. In 5(b) können die Vorsprünge der strukturierten Schicht Abschnitte umfassen, die über einer oberen Oberfläche der zweiten Materialschicht freigelegt sind. In 5(c) können die Vorsprünge der strukturierten Schicht und die obere Oberfläche der zweiten Materialschicht im Wesentlichen auf derselben Ebene angeordnet sein. In 5(d) kann die zweite Materialschicht vollständig die Vorsprünge der strukturierten Schicht umschließen.
6(a)–6(d) sind Draufsichten, die Ausführungsformen einer strukturierten Materialschicht darstellen. 6(a) stellt eine Ausführungsform einer strukturierten Schicht mit mehreren separaten Abschnitten dar, die in einer zweidimensionalen Matrix angeordnet sind, wobei jeder der separaten Abschnitte eine Magnetpolachse aufweist, die in einer gleichen Richtung ausgerichtet ist. 6(b) stellt eine Ausführungsform einer strukturierten Schicht mit ersten mehreren separaten Abschnitten und zweiten mehreren separaten Abschnitten dar. 6(c) stellt eine andere Ausführungsform einer strukturierten Schicht mit ersten mehreren separaten Abschnitten und zweiten mehreren separaten Abschnitten dar. 6(d) stellt eine Ausführungsform einer strukturierten Schicht mit ersten und zweiten mehreren separaten Abschnitten und dritten und vierten separaten Abschnitten dar.
7 ist ein schematisches Diagramm, das eine Ausführungsform der magnetischen Vorrichtung als magnetische Vorrichtung auf Substratbasis darstellt.
8(a)–8(d) sind perspektivische Ansichten, die Ausführungsformen der magnetischen Vorrichtung in Herstellungsstufen zum Ausbilden einer magnetischen Struktur auf einem Substrat darstellen. 8(a) und 8(b) stellen Ausführungsformen einer magnetischen Vorrichtung in einer ersten Stufe eines Verfahrens zur Herstellung der magnetischen Vorrichtung dar, nachdem ein Substrat bereitgestellt ist, das einen oder mehrere Bereiche ohne aktive Schaltungen und einen oder mehrere Bereiche mit aktiven Schaltungen, oder für die solche geplant sind, umfasst. 8(c) und 8(d) stellen Ausführungsformen der magnetischen Vorrichtung in einer zweiten Stufe des Herstellungsverfahrens dar, in der die strukturierte Materialschicht auf den Substraten in dem einen oder den mehreren Bereichen ohne aktive Schaltungen ausgebildet wurde.
9(a)–9(c) sind Unteransichten, die Ausführungsformen eines Halbleiterwafers in Herstellungsstufen zum Ausbilden einer magnetischen Struktur auf dem Wafer darstellen. 9(a) stellt eine Ausführungsform einer Unteransicht eines Halbleiterwafers dar, von dem mehrere integrierte Schaltungen oder andere Substratvorrichtungen schließlich nach der Bearbeitung getrennt werden können. 9(b) stellt eine Ausführungsform einer Unteransicht des Wafers von 9(a) in einer Herstellungsstufe dar, nachdem eine Materialschicht mit einer ausgewählten magnetischen Eigenschaft über im Wesentlichen der ganzen hinteren Oberfläche des Wafers ausgebildet wurde. 9(c) stellt eine Ausführungsform einer Unteransicht des Wafers von 9(a) und 9(b) in einer weiteren Herstellungsstufe dar, nachdem die Schicht strukturiert wurde, um Formen der strukturierten Schicht auf der Rückseite des Wafers auszubilden.
10(a)–10(b) sind perspektivische Ansichten, die Ausführungsformen einer magnetischen Struktur darstellen. 10(a) stellt eine Ausführungsform einer strukturierten Schicht dar, die als separate Struktur ausgebildet ist. 10(b) stellt eine Ausführungsform einer strukturierten Schicht dar, die auf einem entsprechenden Substrat als separate Struktur ausgebildet ist.
11 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Ausführungsform einer magnetischen Struktur auf einem Substrat darstellt.
12 ist eine Draufsicht, die Ausführungsformen einer magnetischen Struktur und einer leitfähigen Spule darstellt.
13 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Ausführungsform einer magnetischen Vorrichtung mit einer magnetischen Struktur und einer leitfähigen Spule auf einem Substrat darstellt.
14(a)–14(d) stellen Drauf-, Seiten- und Unteransichten einer Ausführungsform der magnetischen Vorrichtung mit einer magnetischen Struktur und einer leitfähigen Spule auf einem Substrat dar. 14(a) stellt eine Draufsicht der magnetischen Vorrichtung dar, die die leitfähige Spule zeigt, die als Schicht auf einer ersten Seite eines Substrats ausgebildet ist. 14(b) stellt eine Seitenquerschnittsansicht der magnetischen Vorrichtung dar. 14(c) stellt eine Unteransicht der magnetischen Vorrichtung dar. 14(d) stellt eine Seitenquerschnittsansicht einer anderen Ausführungsform der magnetischen Vorrichtung ähnlich zu jener von 14(a) bis 14(c) dar.
15 stellt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer magnetischen Struktur auf einem Substrat dar.
16(a)–16(c) sind Querschnittsseitenansichten, die Ausführungsformen der magnetischen Vorrichtung in Herstellungsstufen zum Ausbilden einer magnetischen Struktur auf einem Substrat darstellen. 16(a) stellt eine Querschnittsseitenansicht einer Ausführungsform der magnetischen Vorrichtung in einer ersten Stufe eines Verfahrens dar, nachdem das Substrat bereitgestellt ist. 16(b) stellt eine Querschnittsseitenansicht der magnetischen Vorrichtung in einer zweiten Stufe des Verfahrens dar, nachdem die strukturierte Schicht auf dem Substrat ausgebildet ist. 16(c) stellt eine Querschnittsseitenansicht einer Ausführungsform der magnetischen Vorrichtung in einer dritten Stufe des Verfahrens dar, nachdem eine Öffnung durch die strukturierte Schicht und das Substrat hindurch ausgebildet ist.
17(a)–17(b) sind Drauf- und Querschnittsseitenansichten, die eine Ausführungsform der magnetischen Vorrichtung mit einem Magnetflusskonzentrator und einem Magnetsensor auf einem Substrat darstellen. 17(a) stellt eine Draufsicht einer Ausführungsform einer magnetischen Vorrichtung dar, die dazu konfiguriert ist, einen Magnetflusskonzentrator zu schaffen. 17(b) stellt eine Querschnittsseitenansicht der Ausführungsform der magnetischen Vorrichtung entlang der in 17(a) gezeigten Achse dar.
18(a)–18(b) sind Drauf- und Querschnittsseitenansichten, die eine Ausführungsform der magnetischen Vorrichtung mit einem Magnetflusskonzentrator und einem Magnetsensor auf einem Substrat darstellen.
19 ist ein Schaltplan, der eine Ausführungsform eines Magnetsensors darstellt.
20(a)–20(e) sind Querschnittsseiten- und Draufsichten, die eine Ausführungsform der magnetischen Vorrichtung mit einem Magnetsensor mit einer magnetischen Abschirmung auf einen Substrat darstellen. 20(a) stellt eine Querschnittsseitenansicht einer magnetischen Struktur dar, die verwendet werden kann, um einen Magnetsensor zu implementieren. 20(b) stellt eine Querschnittsdraufsicht einer Ausführungsform des Magnetsensors von 20(a) dar, die ein größeres Detail einer Ausführungsform einer zweiten strukturierten Schicht zeigt. 20(c) stellt eine Querschnittsdraufsicht einer Ausführungsform des Magnetsensors von 20(a) dar, die ein größeres Detail einer Ausführungsform einer ersten strukturierten Schicht zeigt. 20(d) stellt eine Querschnittsseitenansicht einer anderen Ausführungsform eines Magnetsensors dar. 20(e) stellt eine Draufsicht einer anderen Ausführungsform einer zweiten strukturierten Schicht eines Magnetsensors dar. 20(f) stellt eine Draufsicht einer anderen Ausführungsform einer ersten strukturierten Schicht eines Magnetsensors dar.
21 ist eine Seitenansicht, die eine Ausführungsform der magnetischen Vorrichtung mit mehreren gestapelten magnetischen Strukturen darstellt.
22(a)–22(d) sind perspektivische Ansichten, die Ausführungsformen der magnetischen Vorrichtung in Herstellungsstufen zum Ausbilden einer magnetischen Struktur in einer oder mehreren Aussparungen an einem Substrat darstellen. 22(a) stellt eine Ausführungsform einer magnetischen Vorrichtung in einer ersten Herstellungsstufe dar. 22(b) stellt eine andere Ausführungsform einer magnetischen Vorrichtung in einer ersten Herstellungsstufe dar. 22(c) stellt eine Ausführungsform der magnetischen Vorrichtung von 22(a) in einer zweiten Herstellungsstufe dar. 22(d) stellt eine Ausführungsform der magnetischen Vorrichtung von 22(b) in einer zweiten Herstellungsstufe dar.
23(a)–23(d) sind Querschnittsseitenansichten, die Ausführungsformen der magnetischen Vorrichtung in Herstellungsstufen zum Ausbilden einer magnetischen Struktur darstellen, die mehrere Aussparungen an einem Substrat beschichtet. 23(a) stellt eine Ausführungsform einer magnetischen Vorrichtung in einer ersten Herstellungsstufe dar. 23(b) stellt eine Ausführungsform der magnetischen Vorrichtung in einer zweiten Herstellungsstufe dar. 23(c) stellt eine andere Ausführungsform der magnetischen Vorrichtung in einer zweiten Herstellungsstufe dar. 23(d) stellt eine andere Ausführungsform der magnetischen Vorrichtung in einer zweiten Herstellungsstufe dar.
24(a)–24(i) sind perspektivische Ansichten, die Ausführungsformen der magnetischen Vorrichtung in Herstellungsstufen zum Ausbilden einer magnetischen Struktur und einer leitfähigen Verdrahtung in und um eine oder mehrere Aussparungen an einem Substrat darstellen. 24(a) stellt eine Ausführungsform einer magnetischen Vorrichtung in einer ersten Herstellungsstufe dar. 24(b) stellt eine Ausführungsform einer magnetischen Vorrichtung in einer ersten Herstellungsstufe dar. 24(c) stellt eine Ausführungsform einer magnetischen Vorrichtung in einer ersten Herstellungsstufe dar. 24(d) stellt eine Ausführungsform der magnetischen Vorrichtung von 24(a) in einer zweiten Herstellungsstufe dar. 24(e) stellt eine Ausführungsform der magnetischen Vorrichtung von 24(b) in einer zweiten Herstellungsstufe dar. 24(f) stellt eine Ausführungsform der magnetischen Vorrichtung von 24(c) in einer zweiten Herstellungsstufe dar. 24(g) stellt eine Ausführungsform der magnetischen Vorrichtung von 24(a) und 24(d) in einer dritten Herstellungsstufe dar. 24(h) stellt eine Ausführungsform der magnetischen Vorrichtung von 24(b) und 24(e) in einer dritten Herstellungsstufe dar. 24(i) stellt eine Ausführungsform der magnetischen Vorrichtung von 24(c) und 24(f) in einer dritten Herstellungsstufe dar.
25(a)–25(d) sind Querschnittsseitenansichten, die Ausführungsformen der magnetischen Vorrichtung in Herstellungsstufen zum Ausbilden einer magnetischen Struktur in und um eine Aussparung an einem Substrat darstellen. 25(a) stellt eine Draufsicht einer Ausführungsform einer magnetischen Vorrichtung in einer ersten Herstellungsstufe dar. 25(b) stellt eine Querschnittsseitenansicht einer Ausführungsform einer magnetischen Vorrichtung von 25(a) in einer ersten Herstellungsstufe dar. 25(c) stellt eine Draufsicht der magnetischen Vorrichtung von 25(a) in einer zweiten Herstellungsstufe dar. 25(d) stellt eine Querschnittsseitenansicht der magnetischen Vorrichtung von 25(b) in einer zweiten Herstellungsstufe dar.
26(a)–26(d) sind Querschnittsseitenansichten, die Ausführungsformen der magnetischen Vorrichtung in Herstellungsstufen zum Ausbilden einer magnetischen Struktur in und um eine Aussparung an einem Substrat darstellen. 26(a) stellt eine Draufsicht einer Ausführungsform einer magnetischen Vorrichtung in einer ersten Herstellungsstufe dar. 26(b) stellt eine Querschnittsseitenansicht der magnetischen Vorrichtung von 26(a) in der ersten Herstellungsstufe dar. 26(c) stellt eine Seitenquerschnittsansicht der magnetischen Vorrichtung von 26(a) und 26(b) in einer zweiten Herstellungsstufe dar. 26(d) stellt eine Seitenquerschnittsansicht der magnetischen Vorrichtung von 26(a)–26(c) in einer dritten Herstellungsstufe dar.
27(a)–27(c) sind Querschnittsdrauf- und Seitenansichten, die eine Ausführungsform einer magnetischen Struktur in verschiedenen Ebenen eines Substrats darstellen. 27(a) stellt eine Draufsicht einer Ausführungsform einer magnetischen Vorrichtung mit strukturierten Schichten mit mehreren separaten bogenförmigen Segmenten dar, die so angeordnet sind, dass sie einen Ring umschreiben. 27(b) stellt eine Querschnittsseitenansicht der magnetischen Vorrichtung von 27(a) entlang einer ersten Achse, die durch eine erste Teilmenge der Segmente verläuft, dar. 27(c) stellt eine Querschnittsseitenansicht der magnetischen Vorrichtung von 27(a) entlang einer zweiten Achse, die durch eine zweite Teilmenge der Segmente verläuft, dar.
28(a)–28(b) sind Querschnittsseitenansichten, die Ausführungsformen einer magnetischen Vorrichtung mit einem Magnetflusskonzentrator und einem Magnetsensor in und um eine Aussparung an einem Substrat darstellen. 28(a) stellt eine Querschnittsseitenansicht einer Ausführungsform der Magnetflusskonzentratorvorrichtung von 17(a) dar. 28(b) stellt eine Querschnittsseitenansicht einer anderen Ausführungsform der magnetischen Vorrichtung von 17(a) dar.
29 ist eine Querschnittsseitenansicht, die Ausführungsformen einer magnetischen Struktur in einer Aussparung auf einer Rückseite eines Substrats darstellt.
30(a)–30(b) sind Querschnittsseitenansichten bzw. Draufsichten, die eine Ausführungsform einer magnetischen Struktur darstellen, die an einer abgewinkelten Wand einer Aussparung an einem Substrat ausgebildet ist.
31(a)–31(b) sind eine Querschnittsseitenansicht bzw. Draufsicht, die eine Ausführungsform einer magnetischen Struktur darstellen, die an mehreren abgewinkelten Wänden einer Aussparung an einem Substrat ausgebildet ist.
32 ist eine Draufsicht, die Ausführungsformen von magnetischen Strukturen darstellt, die an abgewinkelten Wänden von mehreren Aussparungen an einem Substrat ausgebildet sind.
33(a)–33(d) sind perspektivische und Querschnittsseitenansichten, die Ausführungsformen der magnetischen Vorrichtung mit einer magnetischen Struktur an einer Kappe an einem Substrat darstellen. 33(a) stellt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer magnetischen Vorrichtung dar. 33(b) stellt eine Querschnittsseitenansicht der magnetischen Vorrichtung von 33(a) dar. 33(c) stellt eine Querschnittsseitenansicht einer Ausführungsform der magnetischen Vorrichtung ähnlich zur Ausführungsform von 33(a) und 33(b) dar. 33(d) stellt eine Querschnittsseitenansicht einer anderen Ausführungsform einer magnetischen Vorrichtung ähnlich zur Ausführungsform von 33(a) und 33(b) dar.
34(a)–34(b) sind perspektivische bzw. Querschnittsseitenansichten, die Ausführungsformen der magnetischen Vorrichtung mit magnetischen Strukturen an und um eine Kappe an einem Substrat darstellen.
35 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Ausführungsform der magnetischen Vorrichtung mit einer magnetischen Struktur und einer Spule an einer Kappe an einem Substrat darstellt.
36(a)–36(b) sind Querschnittsseitenansichten von Ausführungsformen der magnetischen Vorrichtung mit Magnetsensoren und einem Magnetflusskonzentrator in, an und um eine Kappe an einem Substrat. 36(a) stellt eine Ausführungsform einer magnetischen Vorrichtung mit einer ersten magnetischen Struktur, die einen Magnetflusskonzentrator bildet, und einer oder mehreren zweiten magnetischen Strukturen, die einen oder mehrere Magnetsensoren bilden, in und um eine Kappe, die an einen Substrat montiert ist, dar. 36(b) stellt eine andere Ausführungsform einer magnetischen Vorrichtung ähnlich zur Ausführungsform von 36(a) dar.
37(a)–37(c) sind eine Querschnittsseitenansicht von Ausführungsformen der magnetischen Vorrichtung mit einer magnetischen Struktur mit zumindest einem Teil einer mikromechanischen Struktur. 37(a) stellt eine Ausführungsform einer magnetischen Vorrichtung mit einer magnetischen Struktur mit einer strukturierten Schicht dar, die einen mikromechanischen Balken bildet, der an einem Substrat aufgehängt ist. 37(b) stellt eine andere Ausführungsform einer magnetischen Vorrichtung dar, bei der jedoch eine strukturierte Schicht nur einen Teil der mikromechanischen Vorrichtung bilden kann. 37(c) stellt eine andere Ausführungsform einer magnetischen Vorrichtung ähnlich zur in 37(a) dargestellten Ausführungsform dar.
38(a)–38(b) sind Draufsichten, die Ausführungsformen einer magnetischen Struktur mit zumindest einem Teil von mehreren mikromechanischen Strukturen darstellen. 38(a) ist eine Draufsicht, die eine Ausführungsform einer magnetischen Struktur mit mehreren mikromechanischen Strukturen darstellt. 38(b) ist eine Draufsicht, die eine andere Ausführungsform einer magnetischen Struktur mit mehreren mikromechanischen Strukturen darstellt.
39(a)–39(b) sind Draufsichten bzw. Seitenansichten einer Ausführungsform einer magnetischen Struktur mit zumindest einem Teil einer mikromechanischen Struktur.
40 ist eine Draufsicht, die eine Ausführungsform einer magnetischen Struktur mit zumindest einem Teil von mehreren mikromechanischen Strukturen darstellt.
41(a)–41(b) sind Querschnittsansichten von Ausführungsformen einer magnetischen Struktur mit zumindest einem Teil einer mikromechanischen Struktur. 41(a) ist eine Querschnittsseitenansicht einer Ausführungsform einer magnetischen Struktur mit zumindest einem Teil einer mikromechanischen Struktur. 41(b) ist eine Querschnittsseitenansicht einer anderen Ausführungsform einer magnetischen Struktur mit zumindest einem Teil einer mikromechanischen Struktur.
42(a)–42(c) sind Querschnittsseitenansichten von Ausführungsformen einer magnetischen Struktur, die auf einer mikromechanischen Struktur ausgebildet sind. 42(a) ist eine Querschnittsseitenansicht einer Ausführungsform, bei der eine strukturierte Schicht teilweise eine Aussparung füllt. 42(b) ist eine Querschnittsseitenansicht einer Ausführungsform, bei der eine strukturierte Schicht eine Aussparung ganz füllt. 42(c) ist eine Querschnittsseitenansicht einer Ausführungsform, bei der eine strukturierte Schicht über Aussparungen überläuft.
43(a)–43(b) sind Draufsichten bzw. Unteransichten einer Ausführungsform einer magnetischen Struktur, die auf einer mikromechanischen Struktur ausgebildet ist.
44(a)–44(c) sind Querschnittsseitenansichten einer Ausführungsform einer magnetischen Struktur, die auf einer mikromechanischen Struktur ausgebildet ist. 44(a) ist eine Querschnittsansicht der magnetischen Struktur auf einer drehbaren Plattform in einem Ruhezustand. 44(b) ist eine Querschnittsseitenansicht der magnetischen Struktur auf der drehbaren, die um eine erste Achse gedreht ist. 44(c) ist eine Querschnittsseitenansicht der magnetischen Struktur auf der drehbaren Plattform, die um eine zweite Achse gedreht ist.
45 ist ein schematisches Diagramm, das eine Ausführungsform der magnetischen Vorrichtung als verpackte magnetische Vorrichtung darstellt.
46 ist eine Querschnittsseitenansicht, die eine Ausführungsform einer verpackten magnetischen Vorrichtung darstellt.
47(a)–47(c) sind Querschnittsseitenansichten, die Ausführungsformen einer verpackten magnetischen Vorrichtung darstellen. 47(a) stellt eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform einer verpackten magnetischen Vorrichtung dar. 47(b) stellt eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer verpackten magnetischen Vorrichtung ähnlich wie in 47(a) gezeigt dar. 47(c) stellt eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer verpackten magnetischen Vorrichtung ähnlich wie in 47(a) gezeigt dar.
48 ist ein schematisches Diagramm, das eine Ausführungsform der magnetischen Vorrichtung als magnetisches Modul darstellt.
49(a)–49(d) sind perspektivische und Querschnittsseitenansichten, die Ausführungsformen eines magnetischen Moduls darstellen. 49(a) stellt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Moduls dar. 49(b) stellt eine Querschnittsseitenansicht des in 49(a) gezeigten Moduls dar. 49(c) und 49(d) stellen Querschnittsseitenansichten von Ausführungsformen des magnetischen Moduls ähnlich zu dem in 49(a) und 49(b) gezeigten dar.
50(a)–50(b) sind eine perspektivische Ansicht in auseinandergezogener Anordnung bzw. eine Seitenansicht einer magnetischen Struktur, die auf Öffnungen in mehreren Substraten ausgerichtet ist.
51(a)–51(d) sind perspektivische und Querschnittsseitenansichten, die Ausführungsformen eines magnetischen Moduls mit magnetischen Strukturen darstellen, die auf Öffnungen in mehreren Substraten ausgerichtet sind. Die magnetische Struktur kann auch auf eine oder mehrere Öffnungen in einem Modul physikalisch ausgerichtet sein. 51(a) und 51(b) stellen perspektivische bzw. Querschnittsseitenansichten einer Ausführungsform eines magnetischen Moduls dar. 51(c) ist eine Querschnittsseitenansicht, die eine andere Ausführungsform eines magnetischen Moduls ähnlich zur in 51(b) dargestellten Ausführungsform darstellt. 51(d) ist eine perspektivische Ansicht, die eine andere Ausführungsform eines magnetischen Moduls ähnlich zu der in 51(a) und 51(b) dargestellten Ausführungsform darstellt.
52(a)–52(c) sind Querschnittsseitenansichten, die Ausführungsformen einer magnetischen Struktur, die um einen Fluidkanal ausgebildet ist, und einer magnetischen Vorrichtung mit einer magnetischen Struktur, die um einen Fluidkanal ausgebildet ist, darstellen. In 52(a) kann die strukturierte Schicht ein hartmagnetisches Material umfassen, das ein dauerhaftes Magnetfeld erzeugt. 52(b) ist eine Querschnittsseitenansicht, die eine andere Ausführungsform eines Abschnitts der magnetischen Vorrichtung mit einem Mikrofluidkanal und einer magnetischen Struktur, wie z. B. in 52(a) gezeigt, und leitfähigen Spulen darstellt. 52(c) stellt eine Ausführungsform einer magnetischen Vorrichtung mit den Mikrofluid- und magnetischen Strukturen, wie z. B. in 52(a) und 52(b) gezeigt, als eine oder mehrere Schichten in einer Mehrschichtstruktur dar.
53 ist ein schematisches Diagramm, das eine Ausführungsform der magnetischen Vorrichtung als oder als Teil eines magnetischen Systems darstellt.
54(a)–54(b) sind eine perspektivische Ansicht in auseinandergezogener Anordnung bzw. eine perspektivische Ansicht in nicht auseinandergezogener Anordnung, die Ausführungsformen von magnetischen Strukturen darstellen.
55(a)–55(b) sind eine perspektivische Ansicht in auseinandergezogener Anordnung bzw. eine perspektivische Ansicht in nicht auseinandergezogener Anordnung, die Ausführungsformen von magnetischen Strukturen darstellen.
56 ist ein Schaltplan, der eine Ausführungsform einer magnetischen Struktur und einer Schaltung zum Empfangen und Verarbeiten von Signalen von der magnetischen Struktur darstellt.
57 ist ein Schaltplan, der eine Ausführungsform einer magnetischen Struktur und einer Schaltung zum Erzeugen und Liefern von elektrischen Signalen zur magnetischen Struktur darstellt.
58 ist ein Schaltplan, der eine Ausführungsform einer Schaltung zum Erzeugen und Liefern von elektrischen Signalen zu einer leitfähigen Spule darstellt.
59 ist ein Schaltplan, der eine Ausführungsform einer magnetischen Struktur und einer Schaltung zum Übertragen eines Signals auf der Basis von elektrischen Signalen von der magnetischen Struktur darstellt.
60 ist ein Schaltplan, der eine Ausführungsform eines Magnetsensors und einer Verstärkungsschaltung zum Liefern einer Ausgabe, die ein Magnetfeld darstellt, das durch den Magnetsensor erfasst wird, darstellt.
61 ist ein Schaltplan, der eine Ausführungsform eines Magnetsensors und einer Verstärkungsschaltung zum Liefern einer Ausgabe, die ein Magnetfeld darstellt, das durch den Magnetsensor erfasst wird, darstellt.
62 ist ein Schaltplan, der eine Ausführungsform eines Magnetsensors und einer Verstärkungsschaltung zum Liefern einer Ausgabe, die ein Magnetfeld darstellt, das durch den Magnetsensor erfasst wird, darstellt.
63 ist ein Schaltplan, der eine Ausführungsform eines Magnetsensors und einer Verstärkungsschaltung zum Liefern einer Ausgabe, die ein Magnetfeld darstellt, das durch den Magnetsensor erfasst wird, darstellt.
64 ist ein Schaltplan, der eine Ausführungsform eines Magnetsensors und einer Verstärkungsschaltung zum Liefern einer Ausgabe, die ein Magnetfeld darstellt, das durch den Magnetsensor erfasst wird, darstellt.
65 ist ein Schaltplan, der eine Ausführungsform eines Magnetsensors und einer Treiberschaltung darstellt, die verwendet werden kann, um den Magnetsensor anzusteuern.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON BEISPIELAUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsformen einer magnetischen Vorrichtung können eine magnetische Struktur in einer verbesserten Weise beinhalten, um eine oder mehrere von verbesserter Vorrichtungsflächennutzung, Herstellungsfähigkeit, Zuverlässigkeit, Leistungsfähigkeit oder Kosten zu schaffen. Die magnetische Vorrichtung kann die magnetische Struktur, eine andere Vorrichtungsstruktur und eine zugehörige Schaltung umfassen.
Die magnetische Struktur kann magnetisch mit der Umgebung der magnetischen Vorrichtung zusammenwirken. Die magnetische Struktur kann eine Schicht aus Material umfassen, das eine ausgewählte magnetische Eigenschaft aufweist, wie z. B. Erzeugung eines Magnetfeldes, oder das auf ein Magnetfeld reagiert. Die Schicht kann strukturiert sein, um einen oder mehrere separate Schichtabschnitte mit ausgewählten Formen zu schaffen, und kann mit anderen Schichten kombiniert sein, um die ausgewählten magnetischen Eigenschaften zu schaffen. Die magnetische Struktur kann Funktionalitäten wie z. B. magnetische Erfassung, Magnetflusslenkung, Magnetflusskonzentration, magnetische Abschirmung, magnetisch betätigte Bewegung usw. schaffen.
Die Vorrichtungsstruktur kann eine andere Struktur der Vorrichtung sein, die mit der magnetischen Struktur in einer vorbestimmten Weise physikalisch verbunden oder relativ zu dieser angeordnet ist, um beispielsweise die magnetische Struktur strukturell abzustützen, deren Betrieb zu ermöglichen oder vorteilhafter diese in die magnetische Vorrichtung zu integrieren. Die Vorrichtungsstruktur kann beispielsweise ein Substrat, eine Schicht auf dem Substrat, eine Aussparung oder Öffnung im Substrat oder eine Kappe auf dem Substrat usw. umfassen. Die Vorrichtungsstruktur kann auch wahlweise mit der magnetischen Struktur und/oder der Umgebung der magnetischen Vorrichtung zusammenwirken. Die Vorrichtungsstruktur kann beispielsweise eine leitfähige Spule umfassen, um ein Magnetfeld zu erzeugen. Die Vorrichtungsstruktur kann auch ein Gehäuse und Modulelemente umfassen.
Die zugehörige Schaltung kann mit einer oder beiden der magnetischen Struktur und der anderen Vorrichtungsstruktur elektrisch verbunden sein, um Funktionen wie beispielsweise Empfangen, Liefern, Aufbereiten oder Verarbeiten von Signalen der magnetischen Vorrichtung zu schaffen. Die Schaltung kann eine oder mehrere einer Verstärkungsschaltung, eines Analog-Digital-Umsetzers, eines Digital-Analog-Umsetzers, einer Treiberschaltung, eines Prozessors, einer Steuereinheit usw. umfassen. Die Schaltung kann mit der magnetischen Struktur auf demselben Substrat integriert sein oder an einem anderen Substrat vorgesehen sein. Die Schaltung kann auch als separate Komponenten in einer Vorrichtung wie z. B. einer verpackten Vorrichtung oder einem verpackten Modul vorgesehen sein.
1 stellt eine Ausführungsform einer magnetischen Vorrichtung 20 dar, die eine magnetische Struktur 24 in einer verbesserten Weise beinhaltet, um eine oder mehrere von verbesserter Vorrichtungsflächennutzung, Herstellungsfähigkeit, Zuverlässigkeit, Leistungsfähigkeit oder Kosten zu schaffen. Die magnetische Vorrichtung 20 kann die magnetische Struktur 24, eine andere Vorrichtungsstruktur 28 und eine zugehörige Schaltung 32 umfassen. Die magnetische Struktur 24 kann mit der Umgebung der magnetischen Vorrichtung 20 magnetisch zusammenwirken 25. Die Vorrichtungsstruktur 28 kann eine andere Struktur der Vorrichtung 20 sein, die mit der magnetischen Struktur 24 in einer vorbestimmten Weise physikalisch verbunden oder relativ zu dieser angeordnet ist. Die Vorrichtungsstruktur 28 kann auch wahlweise mit der Umgebung der magnetischen Vorrichtung 20 zusammenwirken 29. Die zugehörige Schaltung 32 kann mit einer oder beiden der magnetischen Struktur 24 und der anderen Vorrichtungsstruktur 28 elektrisch verbunden 27, 31 sein, um eine oder mehrere Funktionen zu schaffen, wie z. B. Liefern, Empfangen, Aufbereiten oder Verarbeiten von Signalen. Die Schaltung 32 kann auch außerhalb der magnetischen Vorrichtung elektrisch verbunden 33 sein, um Daten von oder zu der magnetischen Vorrichtung zu empfangen oder zu liefern.
Die magnetische Struktur kann eine Materialschicht mit einer ausgewählten magnetischen Eigenschaft umfassen, wie z. B. Erzeugen eines Magnetfeldes oder Erzeugen einer Reaktion auf ein Magnetfeld.
Das Material kann beispielsweise ein vorübergehendes oder dauerhaftes Magnetfeld erzeugen. Materialien, die ein vorübergehendes Magnetfeld erzeugen, können als weichmagnetische Materialien bezeichnet werden, und Materialien, die ein dauerhaftes Magnetfeld erzeugen, können als hartmagnetische Materialien bezeichnet werden. Weichmagnetische Materialien können z. B. ein ferromagnetisches Material, ein ferrimagnetisches Material usw. umfassen. Ferromagnetische Materialien können z. B. Eisen, Nickel, Kobalt, Gadolinium usw. umfassen. Ferrimagnetische Materialien können z. B. Ferrite von Mangan, Kupfer, Nickel, Eisen, usw. umfassen. Hartmagnetische Materialien können Alnico, SmCo, NdFeB usw. umfassen.
Das Material kann eine ausgewählte Permeabilität für Magnetfelder wie z. B. eine Permeabilität über einem vorbestimmten Schwellenwert aufweisen. Magnetische Materialien, die eine ausgewählte Permeabilität für Magnetfelder wie z. B. eine Permeabilität über einem vorbestimmten Schwellenwert aufweisen, können weichmagnetische Materialien usw. umfassen.
Das Material kann eine Reaktion auf ein Magnetfeld erzeugen, indem es eine elektrische Eigenschaft aufweist, die als Funktion des durch das Material erfahrenen Magnetfeldes variiert. Ein solches Material kann ein magnetoresistives Material mit einem elektrischen Widerstand umfassen, der als Funktion des Magnetfeldes variiert. Magnetoresisitve Materialien können z. B. ein anisotropes magnetoresistives Material, ein riesiges magnetoresistives Material usw. umfassen. Anisotrope magnetoresistive Materialien können z. B. Nickeleisen usw. umfassen. Riesige magnetoresistive Materialien können z. B. Manganperovskitoxide usw. umfassen. Eine oder mehrere Schichten aus magnetoresistivem Material können auch mit einer oder mehreren Schichten eines anderen Materials angeordnet sein, um eine magnetoresistive Verbundstruktur zu bilden. Eine solche magnetoresistive Verbundstruktur kann z. B. eine Riesenmagnetwiderstandsstruktur, eine Tunnelmagnetwiderstandsstruktur usw. umfassen.
Die magnetische Struktur von irgendeiner der Ausführungsformen der hier erörterten magnetischen Vorrichtung kann ein Material mit irgendeiner der hier erörterten magnetischen Eigenschaften, wie z. B. irgendeines von Erzeugen eines Magnetfeldes oder Erzeugen einer Reaktion auf ein Magnetfeld, wie hier erörtert, unter anderen Eigenschaften umfassen. In einigen Ausführungsformen kann die magnetische Vorrichtung eine ausgewählte Funktionalität durch spezifisches Verwenden von Materialien mit bestimmten ausgewählten magnetischen Eigenschaften schaffen.
Die Materialschicht kann strukturiert sein, um der Schicht einen Umfang, eine Grenze oder Form zu verleihen, um spezifische magnetische Eigenschaften der magnetischen Struktur zu schaffen. Die spezifischen magnetischen Eigenschaften können die Fähigkeit umfassen, Magnetfelder entlang spezifischer räumlicher Richtungen oder Orientierungen zu erzeugen oder auf diese zu reagieren.
2(a)–2(k) stellen Draufsichten von Schichten dar, die strukturiert sind, um ausgewählte Umfänge, Grenzen oder Formen zu schaffen. 2(a)–2(c) stellen Ausführungsformen von strukturierten Schichten mit kreuzförmigen, kreisförmigen und quadratischen bzw. rechteckigen Formen 40, 44, 48 dar. 2(d)–2(e) stellen Ausführungsformen von strukturierten Schichten mit mehreren separaten rechteckigen, quadratischen oder linearen Abschnitten 52, 56 dar, die in einem Muster oder einer Matrix, wie z. B. mit Teilmengen der Abschnitte, die einander zugewandt angeordnet sind, wie in 2(d), oder in einer Matrix mit einem charakteristischen Abstand zwischen ihnen, wie in 2(e), angeordnet sind 2(f)–2(g) stellen Ausführungsformen von strukturierten Schichten mit mehreren separaten Abschnitten dar, die konzentrische Ringe 60, wie in 2(f), oder Streifen 64, die rechteckige oder quadratische Formen mit ausgerichteten Zentren umschreiben, wie in 2(g), bilden. 2(h)–2(i) stellen eine Ausführungsform von strukturierten Schichten mit mehreren separaten bogenförmigen Segmenten 68, die so angeordnet sind, dass sie einen Ring umschreiben, wie in 2(h), oder mehreren L- oder T-förmigen Segmenten 72, die so angeordnet sind, dass sie ein Quadrat oder Rechteck umschreiben, wie in 2(i), dar. 2(j) stellt eine Ausführungsform einer strukturierten Schicht mit mehreren linearen Abschnitten 76 dar, die miteinander verbunden sind, um ein einzelnes integrales Segment zu bilden, das einem Rückwärts- und Vorwärtspfad folgt. 2(k) stellt eine Ausführungsform einer strukturierten Schicht mit einer Spiralform 80 dar.
Zusätzliche Ausführungsformen der strukturierten Schicht können andere Anordnungen von einem oder mehreren Schichtabschnitten umfassen. Die strukturierte Materialschicht kann Anordnungen von mehreren von beliebigen der beispielhaften Formen, die in 2(a)–2(k) dargestellt sind, oder andere Formen umfassen. Die strukturierte Schicht kann beispielsweise mehrere Formen umfassen, die in ein- oder zweidimensionalen Matrizen mit einem charakteristischen periodischen Abstand zwischen Fällen der Formen in der einen oder den zwei Dimensionen angeordnet sind. Zusätzliche Ausführungsformen können nur einen einzelnen Ring oder Streifen der Formen in 2(f)–2(g); eine oder mehrere bogenförmige, T-förmige oder L-förmige Sektionen, die in 2(h)–2(i) gezeigt sind, in verschiedenen Anordnungen; oder mehrere lineare oder andere Segmente ähnlich zu jenen in 2(e) und 2(j), die verbunden sind, so dass sie einem unterschiedlichen Pfad folgen, umfassen.
Die strukturierte Materialschicht kann auch eine ausgewählte Höheneigenschaft senkrecht zu einer Ebene aufweisen, in der der Umfang, die Grenze oder die Form der Schicht definiert ist. Die ausgewählte Höheneigenschaft kann spezifische magnetische Eigenschaften der magnetischen Struktur schaffen, wie z. B. die Fähigkeit, Magnetfelder entlang spezifischer räumlicher Richtungen oder Orientierungen zu erzeugen oder auf diese zu reagieren.
3(a)–3(c) stellen Querschnittsseitenansichten von Ausführungsformen von strukturierten Schichten mit ausgewählten Höheneigenschaften senkrecht zu einer Ebene dar, in der der Umfang, die Grenze oder die Form der Schicht definiert ist. Die dargestellten Querschnitte können eine Scheibe der strukturierten Schicht entlang einer Achse parallel zur Ebene, in der der Umfang, die Grenze oder die Form der Schicht definiert ist, wie z. B. entlang der Achsen A-A oder B-B, die in 2(c) und 2(e) dargestellt sind, oder entlang anderer Achsen in anderen Richtungen in den Ebenen der Formen von 2(a)–2(k) darstellen. 3(a) stellt eine Ausführungsform der strukturierten Schicht mit einer im Wesentlichen konstanten Höhe 81 in der Richtung senkrecht zur Ebene, die die Form der Schicht definiert, entlang einer Achse 82 parallel zur Ebene, die die Form definiert, dar. Eine im Wesentlichen konstante Höhe kann im Wesentlichen konstante magnetische Eigenschaften der strukturierten Schicht entlang der Achse schaffen.
3(b)–3(c) stellen Ausführungsformen der strukturierten Schicht mit einer Höhe in der Richtung senkrecht zur Ebene dar, die die Form der Schicht definiert, die entlang Achsen parallel zur Ebene, die die Form definiert, variiert. In 3(b) kann die strukturierte Schicht eine Höhe aufweisen, die von im Wesentlichen null bis zu einer vorbestimmten Höhe 83 variiert, und in 3(c) kann die strukturierte Schicht eine Höhe aufweisen, die von einer ersten vorbestimmten Höhe 86 zu einer zweiten vorbestimmten Höhe 87 variiert, die anders ist als die erste vorbestimmte Höhe. Die Höhe der strukturierten Schicht kann auch gemäß einer ausgewählten Funktion des Abstandes entlang der Achsen 85, 89 variieren. In 3(b)–3(c) kann die Höhe als lineare Funktion des Abstandes entlang der Achsen 85, 89 variieren. In anderen Ausführungsformen kann die Höhe gemäß anderen Funktionen des Abstandes entlang der Achse 85, 89 variieren, wie z. B. nicht-linearen Funktionen, Stufenfunktionen usw. Eine variierende Höhe kann entsprechend variierende magnetische Eigenschaften der strukturierten Schicht entlang der Achse schaffen. Ausführungsformen einer variierenden Höhe können beispielsweise verwendet werden, um Magnetfelder entlang der Achse zu erzeugen oder auf diese zu reagieren, um eine Positionsdetektion oder Stromerfassung eines Objekts entlang der Achse zu schaffen.
Die strukturierte Materialschicht kann in einer integralen Weise mit einer oder mehreren anderen Schichten ausgebildet werden, um eine Verbundschicht auszubilden. 4(a)–4(b) stellen perspektivische bzw. Querschnittsseitenansichten einer Ausführungsform einer strukturierten Materialschicht dar, die in einer integralen Weise mit einer anderen Materialschicht ausgebildet ist. Die strukturierte Materialschicht kann mehrere separate Abschnitte 84 umfassen, die in das andere Material 88 eingebettet sind, so dass das andere Material 88 Räume zwischen den separaten Abschnitten 84 der magnetischen Schicht belegt. Die strukturierte Materialschicht kann wahlweise einen ersten Satz von Oberflächen 92, die an einer ersten Oberfläche oder Grenze der Verbundschicht freiliegen, und einen zweiten Satz von Oberflächen 96, die von dem anderen Material 88 innerhalb der Verbundschicht bedeckt sind, umfassen. Die andere Materialschicht 88 kann ein Material mit einer ausgewählten magnetischen Eigenschaft oder ein anderer Typ von Material sein.
Die Verbundschicht kann spezifische magnetische, elektrische oder strukturelle Eigenschaften schaffen. In Ausführungsformen, in denen das zweite Material 88 auch ein Material mit einer ausgewählten magnetischen Eigenschaft ist, kann das zweite Material 88 die magnetischen Eigenschaften der strukturierten Materialschicht 84 verändern, wie z. B. erhöhen, verringern oder anderweitig festlegen, um spezifische magnetische Eigenschaften der Verbundschicht zu schaffen. In Ausführungsformen, in denen das zweite Material 88 ein anderer Typ von Material ist, kann das zweite Material 88 auch die magnetischen Eigenschaften der strukturierten Materialschicht 84 verändern, um spezifische magnetische Eigenschaften der Verbundschicht zu schaffen, oder kann alternativ strukturelle oder elektrische Eigenschaften für die Verbundschicht schaffen.
Die eingebetteten Abschnitte der strukturierten Schicht können auch eine ausgewählte Querschnittsfläche aufweisen. In 4(a)–4(b) können die eingebetteten Abschnitte eine abgerundete oder halbkreisförmige Querschnittsfläche aufweisen. In anderen Ausführungsformen können die eingebetteten Abschnitte andere Querschnittsflächen aufweisen, wie z. B. eine oder mehrere von quadratischen, rechteckigen oder trapezförmigen Querschnittsflächen usw.
Die Querschnittsfläche des eingebetteten Abschnitts kann auch eine ausgewählte Konstanz entlang der Achsen aufweisen. In 4(a)–4(b) können die eingebetteten Abschnitte eine im Wesentlichen konstante Querschnittsfläche entlang einer Längsachse 94 aufweisen, auf die die Abschnitte ausgerichtet sind. 4(c) stellt eine Querschnittsdraufsicht einer anderen Ausführungsform einer Verbundschicht dar, in der die eingebetteten Abschnitte eine Querschnittsfläche mit einer Breite 95 aufweisen können, die sich entlang einer Längsachse 97 in einer vorbestimmten Weise wie z. B. in einer linearen Weise ändert. 4(d) stellt eine Querschnittsseitenansicht einer anderen Ausführungsform einer Verbundschicht dar, in der die eingebetteten Abschnitte eine Querschnittsfläche mit einer Höhe 99 aufweisen können, die sich entlang einer Längsachse 101 in einer vorbestimmten Weise wie z. B. in einer linearen Weise ändert.
Die Materialschicht mit der ausgewählten magnetischen Eigenschaft kann eine Oberfläche mit einer ausgewählten Topographie umfassen. Die ausgewählte Topographie kann spezifische magnetische, elektrische oder strukturelle Eigenschaften für die Schicht schaffen. 5(a) stellt eine Querschnittsansicht einer Materialschicht 102 mit einer oberen Oberfläche 100 mit mehreren Vorsprüngen 104 und Aussparungen 108 dar. Die mehreren Vorsprünge 104 können in einer Matrix mit einem charakteristischen periodischen Abstand zwischen ihnen ebenso wie die mehreren Aussparungen 108 ausgebildet sein. Die Vorsprünge 104 und Aussparungen 108 können miteinander verschachtelt sein. Die Materialschicht mit der ausgewählten Topographie kann auch in einer integralen Weise mit einer oder mehreren zusätzlichen Schichten ausgebildet sein, um eine Verbundschicht zu bilden, wie vorstehend erörtert. 5(b)–5(d) stellen Querschnittsansichten einer strukturierten Materialschicht mit einer ausgewählten Topographie dar, die in einer integralen Weise mit einer anderen Materialschicht ausgebildet ist. In 5(b) können die Vorsprünge 104 der strukturierten Schicht 102 Abschnitte 116 umfassen, die über einer oberen Oberfläche 120 der zweiten Materialschicht 118 freiliegen. In 5(c) können die Vorsprünge 104 der strukturierten Schicht 102 und die obere Oberfläche 128 der zweiten Materialschicht 124 im Wesentlichen auf derselben Ebene angeordnet sein. In 5(d) kann die zweite Materialschicht 132 die Vorsprünge 104 der strukturierten Schicht vollständig umschließen.
Die Materialschicht mit der ausgewählten magnetischen Eigenschaft kann mehrere separate Abschnitte mit magnetischen Polaritäten umfassen, die gemäß einer ausgewählten Konfiguration ausgerichtet sind, um spezifische magnetische Eigenschaften zu schaffen. 6(a)–6(d) stellen Draufsichten von Ausführungsformen von strukturierten Schichten mit mehreren separaten Abschnitten mit ausgerichteten magnetischen Polaritäten dar. 6(a) stellt eine Ausführungsform einer strukturierten Schicht mit mehreren separaten Abschnitten 136 dar, die in einer zweidimensionalen Matrix angeordnet sind, wobei jeder der separaten Abschnitte 136 eine Magnetpolachse aufweist, die in einer gleichen Richtung ausgerichtet ist. 6(b)–6(c) stellen Ausführungsformen einer strukturierten Schicht mit ersten mehreren separaten Abschnitten 140, 148, die in einer Matrix angeordnet sind, jeweils mit einer Magnetpolachse, die in einer gleichen ersten Richtung ausgerichtet ist, und zweiten mehreren separaten Abschnitten 144, 152, die auch in einer Matrix angeordnet sind, jeweils mit einer Magnetpolachse, die in einer gleichen zweiten Richtung ausgerichtet ist, dar, wobei die erste und die zweite Richtung zueinander senkrecht sind. 6(d) stellt eine Ausführungsform einer strukturierten Schicht mit ersten und zweiten mehreren separaten Abschnitten 156, 160 mit Magnetpolachsen, die jeweils in einer ersten und einer zweiten senkrechten Richtung ausgerichtet sind, und dritten und vierten separaten Abschnitten 164, 168 mit Magnetpolachsen, die jeweils in einer dritten und einer vierten senkrechten Richtung ausgerichtet sind, dar.
Die magnetische Struktur von irgendeiner der Ausführungsformen der hier erörterten magnetischen Vorrichtung kann eine strukturierte Schicht mit irgendeiner der Eigenschaften von hier erörterten strukturierten Schichten, wie z. B. irgendeiner der Eigenschaften von strukturierten Schichten, die im Hinblick auf irgendeine von 2–6 und ihre verschiedenen Unterfiguren (d. h. (a), (b) usw.) erörtert wurden, unter anderen Eigenschaften umfassen.
Die magnetische Struktur kann in die magnetische Vorrichtung teilweise durch ihre physikalische Verbindung oder Anordnung relativ zu einer anderen Struktur der magnetischen Vorrichtung in einer vorbestimmten Weise eingegliedert sein, um eines oder mehrere von die magnetische Struktur strukturell abzustützen, deren Betrieb zu ermöglichen oder anderweitig diese in die magnetische Vorrichtung zu integrieren.
Die magnetische Struktur kann mit einer Struktur eines Substrats verbunden oder relativ zu dieser angeordnet sein. 7 stellt eine Ausführungsform der magnetischen Vorrichtung 161 als magnetische Vorrichtung auf Substratbasis mit einer magnetischen Struktur dar, die mit einer Struktur eines Substrats verbunden oder relativ zu dieser angeordnet ist. Die magnetische Vorrichtung 161 kann ein oder mehrere Substrate 167, eine magnetische Struktur 163 und eine zugehörige Schaltung 169 umfassen.
Das Substrat kann eine oder mehrere Substratstrukturen 165 umfassen, wie z. B. eine oder mehrere einer Oberfläche, einer Aussparung, einer Seite usw. Die magnetische Struktur kann mit der einen oder den mehreren Substratstrukturen in einer vorbestimmten Weise physikalisch verbunden oder relativ dazu angeordnet sein.
Die magnetische Vorrichtung kann auch wahlweise eine oder mehrere andere Strukturen 171 wie z. B. eine Spule, Kappe, mikromechanische Struktur, Antenne usw. umfassen. Die magnetische Struktur kann mit der anderen Struktur in einer vorbestimmten Weise physikalisch verbunden oder relativ zu dieser angeordnet sein.
Die Schaltung kann mit einer oder beiden der magnetischen Struktur und der anderen Vorrichtungsstruktur elektrisch verbunden sein, um Signale der magnetischen Struktur oder anderen Vorrichtungsstruktur zu liefern, empfangen, aufzubereiten oder zu verarbeiten usw. Die Schaltung kann auch elektrische Signale außerhalb der magnetischen Vorrichtung liefern oder empfangen, wie z. B. eines oder mehrere von Empfangen von Daten zum Steuern einer Komponente der magnetischen Vorrichtung, wie z. B. um ein Magnetfeld zu schaffen, um ein Magnetfeld in der magnetischen Struktur festzulegen oder zu ändern oder um Daten von einer Komponente der magnetischen Vorrichtung zu übertragen, wie z. B. Daten auf der Basis eines elektrischen Signals zu übertragen, das durch die magnetische Struktur erzeugt wird.
Das Substrat kann einen Halbleiter umfassen. Das Substrat kann beispielsweise ein Halbleitersubstrat sein, wie z. B. zur Herstellung von integrierten Schaltungen verwendet. In einigen solchen Ausführungsformen kann die magnetische Vorrichtung ein Teil einer integrierten Schaltung sein. Das Substrat kann alternativ oder zusätzlich andere Typen von Materialien umfassen, wie z. B. eines oder mehrere eines Isolators, von Glas, Keramik usw. Das Substrat kann beispielsweise einen Isolator, wie z. B. zur Herstellung von Schaltungen mit Silizium auf Isolator verwendet, ein Glas, wie z. B. zur Herstellung von Anzeigen und anderen Vorrichtungen verwendet, oder eine Keramik, wie z. B. zur Herstellung von Hybridschaltungen verwendet, umfassen.
Die magnetische Vorrichtung kann ein einzelnes Substrat umfassen, auf dem oder um das die magnetische Struktur und die Schaltung ausgebildet sind. In einer Ausführungsform kann die magnetische Vorrichtung beispielsweise eine einzelne integrierte Schaltung mit sowohl der magnetischen Struktur als auch der zugehörigen Schaltung sein. Alternativ kann die magnetische Vorrichtung mehr als ein Substrat umfassen. Die magnetische Vorrichtung kann beispielsweise ein erstes Substrat 167a, auf dem oder um das die magnetische Struktur ausgebildet ist, und ein zweites Substrat 167b, auf dem oder um das die Schaltung ausgebildet ist, umfassen.
Beliebige der Ausführungsformen der magnetischen Vorrichtung, die hier erörtert sind, können ein oder mehrere Substrate gemäß irgendeiner der Ausführungsformen des hier erörterten Substrats umfassen.
Die magnetische Struktur kann eine strukturierte Materialschicht mit einer ausgewählten magnetischen Eigenschaft umfassen, die auf einem Substrat in einer vorbestimmten Weise in Bezug auf andere Schaltungen ausgebildet ist, die auf dem Substrat ausgebildet sein können. In Ausführungsformen kann die strukturierte Schicht in einem oder mehreren Bereichen des Substrats ohne aktive Schaltungen ausgebildet sein. 8(a)–8(b) stellen Ausführungsformen einer magnetischen Vorrichtung in einer ersten Stufe eines Verfahrens zur Herstellung der magnetischen Vorrichtung dar, nachdem ein Substrat 172, 174 bereitgestellt ist, das einen oder mehrere Bereiche 176, 178 ohne aktive Schaltungen und einen oder mehrere Bereiche 180, 182 mit aktiven Schaltungen, oder für die solche geplant sind, dar. Aktive Schaltungen können gespeiste integrierte Schaltungsvorrichtungen wie z. B. Transistoren umfassen. Der eine oder die mehreren Bereiche 176, 178 ohne aktive Schaltungen können dieselbe Form wie die strukturierte Materialschicht umfassen oder Formen dieser umschließen. Das Substrat 172, 174 kann bearbeitet werden, um den einen oder die mehreren Bereiche 176, 178 ohne aktive Schaltungen zu erzeugen, wie z. B. durch Entfernen von Schichten auf dem Substrat oder anderweitiges Aufbereiten des Bereichs, um die strukturierte Materialschicht effektiver aufzunehmen. 8(c)–8(d) stellen Ausführungsformen der magnetischen Vorrichtung in einer zweiten Stufe des Verfahrens zur Herstellung dar, bei der die strukturierte Materialschicht 186, 188 auf den Substraten in 8(a)–8(b) in dem einen oder den mehreren Bereichen ohne aktive Schaltungen ausgebildet wurde. Die Schicht 186, 188 kann verschiedene Formen annehmen, wie vorstehend erörtert. Die Schicht 186, 188 kann in den Bereichen ohne aktive Schaltungen zu einer separaten Zeit wie die aktiven Schaltungen, in einem separaten Bearbeitungsgerät oder beides ausgebildet werden, um eine Kreuzverunreinigung des magnetischen Materials mit Materialien der aktiven Schaltungen zu verhindern oder zu verringern.
In anderen Ausführungsformen kann die strukturierte Schicht in einem gleichen Bereich auf dem Substrat wie aktive Schaltungen ausgebildet werden. Die strukturierte Schicht kann beispielsweise als Schicht über oder unter einer oder mehreren Schichten ausgebildet werden, die auf dem Substrat ausgebildete aktive Schaltungen enthalten.
Die strukturierte Schicht kann auch auf einer Rückseite eines Substrats ausgebildet werden. Die Rückseite des Substrats kann aktive Schaltungen ausschließen oder umfassen. Die strukturierte Schicht kann auf der Rückseite eines Substratwafers gleichzeitig für mehrere integrierte Schaltungen oder andere Substratvorrichtungen ausgebildet werden. 9(a) stellt eine Ausführungsform einer Unteransicht eines Halbleiterwafers 192 dar, von dem mehrere integrierte Schaltungen oder andere Substratvorrichtungen schließlich nach der Bearbeitung getrennt werden können. 9(b) stellt eine Ausführungsform einer Unteransicht des Wafers von 9(a) in einer Herstellungsstufe dar, nachdem eine Materialschicht 196 mit einer ausgewählten magnetischen Eigenschaft über im Wesentlichen der ganzen hinteren Oberfläche des Wafers ausgebildet wurde. 9(c) stellt eine Ausführungsform einer Unteransicht des Wafers von 9(a)–9(b) in einer weiteren Herstellungsstufe dar, nachdem die Schicht strukturiert wurde, um Formen 200 der strukturierten Schicht auf der Rückseite des Wafers für jede von mehreren integrierten Schaltungen oder anderen Substratvorrichtungen auszubilden, in die der Wafer getrennt werden kann.
Die magnetische Struktur kann als separate Struktur ausgebildet werden, die an einem Substrat befestigt werden kann. 10(a) stellt eine Ausführungsform einer strukturierten Schicht 204 dar, die als separate Struktur ausgebildet ist. Die separate Struktur kann durch eines oder mehrere von Stanzen, Gießen, Plattieren, Walzen oder Abscheiden usw. der magnetischen Schicht in die separate Struktur ausgebildet werden. Die Schicht kann auch auf einem entsprechenden Substrat als separate Struktur ausgebildet werden. 10(b) stellt eine Ausführungsform einer strukturierten Schicht 208 dar, die auf einem entsprechenden Substrat 212 als separate Struktur ausgebildet ist. Das Substrat 212 kann dieselbe oder eine entsprechende Grenze oder Form wie die Schicht 208 aufweisen. Das Substrat 212 kann auch eine strukturelle Abstützung für die Schicht 208 vorsehen sowie die Herstellung der Schicht 208 erleichtern.
Die magnetische Vorrichtung kann die separate magnetische Struktur umfassen, die an einem Substrat befestigt ist. 11 stellt eine Ausführungsform der magnetischen Vorrichtung dar, die die separate magnetische Struktur umfassen kann, die an einem Substrat 216 befestigt ist.
Die magnetische Struktur kann auch mit anderen Vorrichtungsstrukturen physikalisch verbunden oder relativ dazu angeordnet sein. In Ausführungsformen kann die andere Vorrichtungsstruktur eine leitfähige Spule sein. Die magnetische Struktur kann relativ zur leitfähigen Spule in einer vorbestimmten Weise angeordnet sein, um eine oder mehrere einer magnetischen, elektrischen oder strukturellen Wechselwirkung zwischen der magnetischen Struktur und der leitfähigen Spule zu schaffen. Die leitfähige Spule kann beispielsweise betrieben werden, um ein Magnetfeld zu schaffen, um ein Magnetfeld in der magnetischen Struktur festzulegen oder zu ändern. Die leitfähige Spule kann auch als Sender arbeiten, um Daten auf der Basis eines elektrischen Signals zu übermitteln, das durch die magnetische Struktur erzeugt wird, wie z. B. um Daten zu übertragen, die ein Magnetfeld oder einen Strom, der durch die magnetische Struktur erfasst wird, darstellen.
12 stellt eine Draufsicht von Ausführungsformen der magnetischen Struktur 220 und der leitfähigen Spule 224 dar. Die magnetische Struktur 220 kann in einer vorbestimmten Weise in Bezug auf einen Abschnitt 228 der leitfähigen Spule 224 angeordnet sein. Die magnetische Struktur 220 kann beispielsweise über oder unter einer Sektion 228 der leitfähigen Spule 224 angeordnet sein. Die Sektion 228 der leitfähigen Spule 224 kann mehrere leitfähige Segmente 232 232 umfassen, wobei ein Strom im Wesentlichen in einer gleichen Richtung fließt. Die leitfähige Spule 224 kann eine Schicht aus leitfähigem Material wie z. B. Metall umfassen, die zu einem Muster ausgebildet ist, wie z. B. einem Spiral- oder anderen Wendelmuster, um Sektionen mit mehreren leitfähigen Segmenten zu erzeugen, wobei der Strom im Wesentlichen in einer gleichen Richtung fließt.
Die magnetische Vorrichtung kann die magnetische Struktur und die leitfähige Spule umfassen, die auf einer gleichen Seite eines Substrats wie z. B. eines Halbleiter- oder anderen Substrats integriert sind. 13 stellt eine Ausführungsform der magnetischen Vorrichtung dar, die die magnetische Struktur 220 und die leitfähige Spule 224 umfassen kann, die auf einer ersten Seite eines Substrats 236 ausgebildet sind.
Die magnetische Struktur und die leitfähige Spule können auch in verschiedene Bereiche oder Seiten eines Substrats eingebaut sein. 14(a)–14(c) stellen eine andere Ausführungsform der magnetischen Vorrichtung dar, die die magnetische Struktur 240 und die leitfähige Spule 244 auf entgegengesetzten Seiten eines Substrats 248 beinhaltet. 14(a) stellt eine Draufsicht der magnetischen Vorrichtung dar, die die leitfähige Spule 244 zeigt, die als Schicht auf einer ersten Seite eines Substrats 248 ausgebildet ist. 14(c) stellt eine Unteransicht der magnetischen Vorrichtung dar, die die magnetische Struktur 240 zeigt, die als strukturierte Schicht auf einer zweiten Seite des Substrats 248 ausgebildet ist. 14(b) stellt eine Seitenquerschnittsansicht der magnetischen Vorrichtung dar, die die leitfähige Spule 244 als Schicht auf der ersten Seite eines Substrats 248 und die magnetische Schicht 240 auf der zweiten Seite des Substrats 248 zeigt. Das Substrat 248 kann wahlweise auch Bereiche mit einer aktiven Schaltungsanordnung 252 wie z. B. auf entweder der ersten oder der zweiten Seite des Substrats umfassen. In 14(c) kann ein Bereich mit der aktiven Schaltungsanordnung 252 auf der zweiten Seite des Substrats 248 in einem separaten Bereich von jenem mit der magnetischen Schicht 240 enthalten sein.
Die leitfähige Spule kann wahlweise als mehrere Schichten ausgebildet sein. 14(d) stellt eine Seitenquerschnittsansicht einer anderen Ausführungsform der magnetischen Vorrichtung ähnlich zu jener von 14(a)–14(c) dar, die jedoch die leitfähige Spule 256 als mehrere Schichten ausgebildet zeigt, die sich von der ersten Seite eines Substrats 260 zur zweiten Seite des Substrats 260 erstrecken.
Ausführungsformen, in denen die magnetische Struktur über oder unter einer Sektion der leitfähigen Spule angeordnet ist, wie z. B. jene von 12, 13 und 14(a)–14(d), können für den Betrieb nützlich sein, um ein Magnetfeld zu schaffen, um ein Magnetfeld in der magnetischen Struktur festzulegen oder zu ändern. Ausführungsformen, in denen die magnetische Struktur in einem anderen Bereich oder auf einer anderen Seite des Substrats von der leitfähigen Spule angeordnet sein kann, wie z. B. jene von 14(a)–14(d) und 34 (nachstehend erörtert), können für den Betrieb der leitfähigen Spule als Sender nützlich sein, um Daten auf der Basis eines elektrischen Signals zu übermitteln, das durch die magnetische Struktur erzeugt wird. Alternativ kann die magnetische Vorrichtung eine andere Struktur und/oder Schaltung als eine leitfähige Spule umfassen, um als Sender zu arbeiten, um Daten auf der Basis eines elektrischen Signals zu übermitteln, das durch die magnetische Struktur erzeugt wird, wie z. B. eine oder mehrere einer Antenne, einer Senderschaltung usw.
Die magnetische Vorrichtung kann die magnetische Struktur in der vorbestimmten Weise beinhalten, so dass sie physikalisch auf eine Öffnung in einer Vorrichtungsstruktur wie z. B. einer Substratstruktur oder anderen Vorrichtungsstruktur ausgerichtet ist. 15 stellt eine Ausführungsform einer magnetischen Vorrichtung mit einer strukturierten Schicht 264 dar, die auf einem Substrat 268 ausgebildet ist. Jede der strukturierten Schicht 264 und des Substrats 268 kann eine Öffnung 272, 274 umfassen, die sich von einer oberen Oberfläche der Schicht 264 oder des Substrats 268 zu einer unteren Oberfläche der Schicht 264 oder des Substrats 268 erstreckt. Ferner kann die strukturierte Schicht 264 relativ zum Substrat 268 angeordnet sein, so dass die Öffnung 272 in der strukturierten Schicht 264 auf die Öffnung 274 im Substrat 268 ausrichtet. Die Ausrichtung der Öffnungen 272, 274 kann einen Bewegungspfad für eine andere Komponente oder Vorrichtung durch die Öffnungen 272, 274 von einer Seite der magnetischen Vorrichtung zur anderen erzeugen.
Die Ausrichtung der Öffnungen in der magnetischen Struktur und der anderen Vorrichtungsstruktur kann infolge eines Herstellungsprozesses für die magnetische Vorrichtung erreicht werden. 16(a)–16(c) stellen Ausführungsformen der magnetischen Vorrichtung in verschiedenen Stufen eines Verfahrens zur Herstellung der magnetischen Vorrichtung dar. 16(a) stellt eine Querschnittsseitenansicht einer Ausführungsform der magnetischen Vorrichtung in einer ersten Stufe des Verfahrens dar, nachdem das Substrat 268 bereitgestellt ist. 16(b) stellt eine Querschnittsseitenansicht der magnetischen Vorrichtung in einer zweiten Stufe des Verfahrens dar, nachdem die strukturierte Schicht 264 auf dem Substrat 268 ausgebildet ist. Die strukturierte Schicht 264 kann in verschiedenen Weisen ausgebildet werden, wie z. B. durch eines oder mehrere von Abscheiden, Plattieren oder Züchten usw. der strukturierten Schicht. 16(c) stellt eine Querschnittsseitenansicht einer Ausführungsform der magnetischen Vorrichtung in einer dritten Stufe des Verfahrens dar, nachdem die Öffnung 272, 274 durch die strukturierte Schicht 264 und das Substrat 268 ausgebildet ist. Die Öffnung 272, 274 kann sowohl in der strukturierten Schicht 264 als auch im Substrat 268 durch denselben Prozess ausgebildet werden, wie z. B. durch eines oder mehrere von Ätzen, Bohren oder anderweitigem Entfernen von Material, um die Öffnung auszubilden. Das Ausbilden der Öffnung 272, 274 durch sowohl die strukturierte Schicht 264 als auch das Substrat 268 unter Verwendung desselben Prozesses kann sowohl ein effizientes Verfahren zum Ausbilden der Öffnung 272, 274 als auch eine genaue Ausrichtung der Öffnungen 272, 274 in der strukturierten Schicht 264 und im Substrat 268 schaffen.
Die magnetische Vorrichtung kann auch eine oder mehrere magnetische Strukturen umfassen, die relativ zueinander angeordnet sind, um ausgewählte magnetische und andere Funktionalitäten zu schaffen. In Ausführungsformen kann die magnetische Vorrichtung eine oder mehrere magnetische Strukturen umfassen, die angeordnet sind, um einen Magnetflusskonzentrator zu schaffen, um selektiv den Magnetfluss zu lenken oder zu konzentrieren. Eine solche magnetische Struktur kann eine oder mehrere strukturierte Schichten mit mehreren separaten Abschnitten mit verschiedenen Verteilungen von Material mit ausgewählten magnetischen Eigenschaften umfassen, um selektiv den Magnetfluss zu lenken oder zu konzentrieren. Die magnetische Struktur kann beispielsweise eine oder mehrere strukturierte Schichten umfassen, um den Magnetfluss von einer ersten Flusskonzentration an einer ersten Flussoberfläche zu einer zweiten Flusskonzentration, die anders ist als die erste Flusskonzentration, an einer zweiten Flussoberfläche zu lenken oder zu konzentrieren, wobei die zweite Flussoberfläche eine andere Verteilung oder Fläche aufweist als die erste Flussoberfläche.
17(a) stellt eine Draufsicht einer Ausführungsform einer magnetischen Vorrichtung dar, die dazu konfiguriert ist, einen Magnetflusskonzentrator zu schaffen, und 17(b) stellt eine Querschnittsseitenansicht der Ausführungsform der magnetischen Vorrichtung entlang der Achse in 17(a) dar. Die magnetische Vorrichtung kann einen Magnetflusskonzentrator 278, einen Magnetsensor 282 und ein Substrat 286 umfassen. Der Magnetflusskonzentrator 278 kann mehrere strukturierte Schichten mit einer oder mehreren von verschiedenen Verteilungen von Material mit ausgewählten magnetischen Eigenschaften entlang einer ausgewählten Dimension oder verschiedenen Flussoberflächenbereichen umfassen. Eine erste strukturierte Schicht 290 kann einen äußeren konzentrischen Ring umfassen und eine zweite strukturierte Schicht 294 kann einen inneren konzentrischen Ring umfassen. Der äußere konzentrische Ring kann auf dem Substrat 286 auf eine erste Höhe ausgebildet sein und der innere konzentrische Ring kann auf dem Substrat 286 auf eine zweite Höhe ausgebildet sein, die geringer ist als die erste Höhe. Folglich kann der äußere konzentrische Ring eine andere Materialverteilung in der vertikalen Richtung und andere Flussoberflächenbereiche als der innere konzentrische Ring aufweisen. Das Material der strukturierten Schichten des Magnetflusskonzentrators kann ein Material mit einer relativ hohen Permeabilität für Magnetfelder wie z. B. einer Permeabilität über einem vorbestimmten Schwellenwert sein.
Der Magnetsensor 282 kann auch eine magnetische Struktur mit einer strukturierten Materialschicht 298 umfassen. Die strukturierte Materialschicht 298 des Magnetsensors 282 kann auf dem Substrat 286 an Orten zwischen der ersten und der zweiten strukturierten Schicht 290, 294 ausgebildet sein. Der Magnetsensor 282 kann auch elektrische Verbindungen und andere Komponenten umfassen, wie nachstehend erörtert. Das Material des Magnetsensors kann ein magnetoresistives Material sein.
Im Betrieb kann der Magnetflusskonzentrator 278 von 17(a)–17(b) den Magnetfluss eines Magnetfeldes in der Umgebung der magnetischen Vorrichtung in einer vorbestimmten Weise lenken und/oder konzentrieren, so dass der Magnetfluss durch den Magnetsensor 282 in einer ausgewählten Richtung und mit einer ausgewählten Konzentration verläuft. 17(b) zeigt eine beispielhafte Bahn des Magnetfeldes 302 im Raum um und durch die magnetische Vorrichtung. Über und unter der magnetischen Vorrichtung kann der Magnetfluss im Wesentlichen in der vertikalen Richtung orientiert sein. Wenn der Magnetfluss durch den Magnetflusskonzentrator 278 verläuft, kann er entlang der dargestellten Bahn infolge der relativen Anordnung der strukturierten Schichten 290, 294 abweichen, die eine bevorzugte Bahn für den Magnetfluss als Funktion ihrer magnetischen Eigenschaften schaffen können. Dies kann dazu führen, dass der Magnetfluss sich biegt, um eine im Wesentlichen oder zumindest mehr horizontale Bahn zu nehmen, wenn er durch den Magnetsensor 282 verläuft. Das Lenken und/oder Konzentrieren des Magnetflusses entlang einer ausgewählten Richtung kann eine Anzahl von Vorteilen schaffen, einschließlich eines oder mehrere von Ermöglichen, dass der Magnetsensor 282 so konfiguriert ist, dass er eine Betriebsempfindlichkeit für Magnetfelder entlang der horizontalen Richtung anstelle der vertikalen Richtung aufweist, was für die Herstellung des Sensors 282 vorteilhaft sein kann, und Ermöglichen von Konfigurationen einer magnetischen Vorrichtung, die sowohl vertikale als auch horizontale Magnetfelder unter Verwendung von ähnlichen Sensoranordnungen erfassen kann.
Ausführungsformen der magnetischen Vorrichtung, um einen Magnetflusskonzentrator zu schaffen, können magnetische Strukturen mit strukturierten Schichten mit anderen Formen umfassen. Eine magnetische Vorrichtung ähnlich zu jener von 17(a)–17(b) kann einen Magnetflusskonzentrator und einen Magnetsensor jeweils mit einer jeweiligen strukturierten Schicht mit irgendeiner der Formen umfassen, die in 2(a)–2(k) dargestellt sind. Der Magnetflusskonzentrator kann beispielsweise eine strukturierte Schicht mit ersten und zweiten ausgerichteten Rechtecken, wie z. B. in 2(g) dargestellt, segmentierten konzentrischen Ringen oder ausgerichteten Quadraten ähnlich wie in 2(h) und 2(i) dargestellt, usw. umfassen.
Ausführungsformen der magnetischen Vorrichtung, um einen Magnetflusskonzentrator zu schaffen, können auch magnetische Strukturen mit strukturierten Schichten mit variierenden Höhen umfassen. Eine magnetische Vorrichtung ähnlich zu jener von 17(a)–17(b) kann einen oder mehrere eines Magnetflusskonzentrators oder eines Magnetsensors mit einer Höhe in der vertikalen Richtung in 17(a)–17(b) umfassen, die entlang der horizontalen Richtung in 17(a)–17(b) variiert, wie z. B. in 3(b)–3(c) dargestellt. Der Magnetflusskonzentrator kann beispielsweise eine strukturierte Schicht mit einem äußeren Abschnitt mit einer Höhe, die zwischen einer ersten Höhe an einem ersten Ort, wie z. B. dem äußersten Ort des äußeren Abschnitts, und einer zweiten Höhe, die geringer ist als die erste Höhe, an einem zweiten Ort, wie z. B. dem innersten Ort des äußeren Abschnitts, variiert, umfassen. Ebenso kann der Magnetsensor auch eine strukturierte Schicht mit einer Höhe umfassen, die zwischen einer ersten Höhe an einem ersten Ort und einer zweiten Höhe, die anders ist als die erste Höhe, an einem zweiten Ort variiert.
Die magnetische Vorrichtung kann noch andere Ausführungsformen eines Magnetflusskonzentrators schaffen, um selektiv den Magnetfluss entlang verschiedener Bahnen zu lenken oder zu konzentrieren. 18(a)–18(b) stellen eine Draufsicht und eine Seitenquerschnittsansicht einer Ausführungsform einer magnetischen Vorrichtung mit magnetischen Strukturen dar, die einen anderen Magnetflusskonzentrator 306 schaffen. Die magnetische Vorrichtung kann eine erste magnetische Struktur und eine zweite magnetische Struktur umfassen, die auf einem Substrat 310 oder einer Schicht auf einem Substrat ausgebildet sind. Die erste magnetische Struktur kann eine erste strukturierte Materialschicht 314 mit einem oder mehreren separaten Segmenten umfassen, die einen Magnetflusskonzentrator 306 schaffen, um den Magnetfluss für die zweite magnetische Struktur zu konzentrieren oder zu lenken. Die zweite magnetische Struktur kann einen Magnetsensor 318 schaffen. Das Material des Magnetflusskonzentrators kann ein Material mit einer relativ hohen Permeabilität für Magnetfelder sein, wie z. B. einer Permeabilität über einem vorbestimmten Schwellenwert, und das Material des magnetischen Sensors kann ein magnetoresistives Material sein.
Die erste strukturierte Schicht 314 kann eine Magnetflusslenkung oder Magnetflusskonzentration durch Vorsehen eines abnehmenden Oberflächenbereichs für den Magnetflussverlauf schaffen. Die erste strukturierte Schicht kann beispielsweise ein Segment 322 umfassen, das eine Lenkung oder Konzentration des Magnetflusses von einer ersten Flusskonzentration in einem Flusseintrittsbereich 326 zu einer zweiten Flusskonzentration, die größer ist als die erste Flusskonzentration, an einem Flussaustrittsbereich 332, der kleiner ist als der Flusseintrittsbereich, schaffen. Die erste strukturierte Schicht kann auch ein Segment 336 umfassen, das eine Lenkung oder Konzentration des Magnetflusses von einer dritten Flusskonzentration in einem Flusseintrittsbereich 340 auf eine vierte Flusskonzentration, die kleiner ist als die dritte Flusskonzentration, in einem Flussaustrittsbereich 344, der größer ist als der Flusseintrittsbereich, schafft.
In anderen Ausführungsformen kann die magnetische Vorrichtung noch weitere Konfigurationen von Magnetflusskonzentratoren schaffen. Die magnetische Vorrichtung kann beispielsweise eine magnetische Struktur ähnlich zu jenen, die vorstehend im Hinblick auf 17(a)–17(b) oder 18(a)–18(b) erörtert wurden, umfassen, die jedoch angeordnet ist, um den Magnetfluss zu lenken oder zu konzentrieren, wenn er in verschiedenen unterschiedlichen ausgewählten Richtungen verläuft, wie z. B. in einer oder mehreren zwischen verschiedenen Konzentrationen in einer einzelnen Richtung, wie z. B. einer vertikalen Richtung, einer horizontalen Richtung oder einer anderen Richtung; oder wenn er die Richtung von einer ersten Richtung auf eine zweite Richtung ändert, wie z. B. eine Änderung der Richtung von einer horizontalen auf eine vertikale Richtung, von einer vertikalen auf eine horizontale Richtung oder von irgendeiner ersten vorbestimmten Richtung auf irgendeine zweite unterschiedliche vorbestimmte Richtung.
In den obigen und anderen Ausführungsformen kann die magnetische Vorrichtung eine magnetische Struktur umfassen, die angeordnet ist, um als Magnetsensor zu arbeiten. Der Magnetsensor kann mehrere Widerstände umfassen, die zwischen einer oder mehreren vorbestimmten Spannungen und einem oder mehreren Ausgangsanschlüssen elektrisch miteinander verbunden sind, wie z. B. in einem Brückengebilde. Mindestens einer der Widerstände kann ein Magnetwiderstand sein, der aus einer strukturierten Schicht aus magnetoresistivem Material ausgebildet ist. Der Magnetwiderstand kann ein variabler Widerstand mit einem elektrischen Widerstandswert sein, der als Funktion eines Magnetfeldes variiert, dem der Sensor ausgesetzt ist. Die elektrische Konfiguration des Sensors kann den variablen Widerstand verwenden, um eine Ausgangsspannung an den Ausgangsanschlüssen als Funktion des Magnetfeldes zu liefern.
19 ist ein schematisches Diagramm, das eine elektrische Darstellung einer Ausführungsform eines Magnetsensors darstellt. Der Magnetsensor kann zwei Paare von Widerständen R1, R2, R3, R4 umfassen, die in einer Brückenkonfiguration zwischen einer Versorgungsspannung VS und Masse angeordnet sind, wobei erste und zweite Ausgangsanschlüsse als Mitte von zwei Zweigen der Brücke angenommen werden. Einer oder mehrere der Widerstände wie z. B. ein Widerstand R2 von einer oberen Hälfte von einem der Zweige der Brücke und ein anderer Widerstand R3 von einer unteren Hälfte des anderen der Zweige können Magnetwiderstande sein. Im Betrieb kann die Brücke unausgeglichen werden und eine entsprechende Ausgangsspannung VO zwischen den Ausgangsanschlüssen infolge der Variation des Widerstandswerts der variablen Widerstände R2, R3 als Funktion des durch den Sensor erfahrenen Magnetfeldes liefern.
Ausführungsformen einer magnetischen Struktur, die angeordnet ist, um als Magnetsensor zu arbeiten, können einen oder mehrere Standardwiderstände, die aus einem elektrischen Widerstandsmaterial wie z. B. einer Polysiliziumschicht oder einem Diffusionsbereich, der in einem Substrat ausgebildet ist, ausgebildet sind, und einen oder mehrere Magnetwiderstände, die aus einer strukturierten Schicht aus magnetoresistivem Material ausgebildet sind, umfassen.
Alternativ können Ausführungsformen einer magnetischen Struktur, die angeordnet ist, um als Magnetsensor zu arbeiten, einen oder mehrere Standardwiderstände, die aus einer strukturierten Schicht aus magnetoresistivem Material und einer strukturierten Schicht aus magnetischem Abschirmungsmaterial ausgebildet sind, und einen oder mehrere Magnetwiderstände, die aus der strukturierten Schicht aus magnetoresistivem Material ausgebildet sind, umfassen.
20(a)–20(f) stellen Ausführungsformen von magnetischen Strukturen dar, die dazu konfiguriert sind, einen Magnetsensor zu schaffen, wie z. B. in 19 dargestellt. 20(a) stellt eine Querschnittsseitenansicht einer magnetischen Struktur dar, die verwendet werden kann, um einen Magnetsensor zu implementieren. Die magnetische Struktur kann eine erste strukturierte Materialschicht 348, die auf einer ersten Oberfläche einer Schicht ausgebildet ist, die auf einem Substrat ausgebildet ist, und eine zweite strukturierte Materialschicht 352, die auf einer zweiten Oberfläche einer zweiten Schicht ausgebildet ist, die auf einem Substrat ausgebildet ist, umfassen. Die erste und die zweite Oberfläche können vertikal voneinander verlagert sein.
Die erste strukturierte Schicht 348 kann verwendet werden, um Widerstände des Magnetsensors zu implementieren. 20(c) stellt eine Querschnittsdraufsicht einer Ausführungsform des Magnetsensors von 20(a) dar, die ein größeres Detail einer Ausführungsform der ersten strukturierten Schicht 348 zeigt. Die erste strukturierte Schicht 348 kann mehrere separate Segmente 350 umfassen, wobei jedes der separaten Segmente 350 einen unterschiedlichen Widerstand des Magnetsensors implementiert. Die erste strukturierte magnetische Schicht 348 kann ein erstes Material wie z. B. ein magnetoresistives Material umfassen.
Die zweite strukturierte Schicht 352 kann als magnetische Abschirmung arbeiten, um das Magnetfeld in der Umgebung in der Nähe von ausgewählten Abschnitten der ersten strukturierten Schicht 348 zu beseitigen, zu verringern oder anderweitig zu verändern. 20(b) stellt eine Querschnittsdraufsicht einer Ausführungsform des Magnetsensors von 20(a) dar, die ein größeres Detail einer Ausführungsform der zweiten strukturierten Schicht 352 zeigt. Die zweite strukturierte Schicht 352 kann auch mehrere Segmente 354 umfassen. Jedes der Segmente 354 kann vertikal auf ein entsprechendes einer Teilmenge der Segmente 350 der ersten strukturierten Schicht 348 ausrichten. Jedes Segment 354 kann den Magnetfluss lenken oder fokussieren, um das entsprechende Segment der ersten strukturierten Schicht 348 vor dem Magnetfeld abzuschirmen. Die zweite strukturierte magnetische Schicht 352 kann ein zweites Material mit einer relativ hohen Permeabilität für Magnetfelder wie z. B. einer Permeabilität über einem vorbestimmten Schwellenwert, z. B. ein weichmagnetisches Material, umfassen. Die Segmente der zweiten strukturierten Schicht können einen größeren Oberflächenbereich aus der Perspektive einer Draufsicht oder Unteransicht als die entsprechenden Segmente der ersten strukturierten Schicht belegen, um eine effektivere Abschirmung dieser Segmente der ersten strukturierten Schicht zu schaffen.
Die magnetische Struktur kann folglich verwendet werden, um sowohl reguläre als auch Magnetwiderstände aus derselben strukturierten Materialschicht zu schaffen. Eine erste Teilmenge von Segmenten der ersten strukturierten Schicht 348, die auf Segmente der zweiten strukturierten Schicht 352 ausgerichtet sind, können, obwohl sie ein Material wie z. B. ein magnetoresistives Material umfassen, einen entsprechenden Widerstand im Magnetsensor ohne oder mit einer verringerten Empfindlichkeit für das Magnetfeld um den Sensor schaffen, wie z. B. der erste und der vierte Widerstand R1, R4 in 19, aufgrund der Anwesenheit der durch die zweite strukturierte Schicht geschaffenen magnetischen Abschirmung. Eine zweite Teilmenge von Segmenten der ersten strukturierten Schicht 348, die nicht auf Segmente der zweiten strukturierten Schicht 352 ausgerichtet sind, können Magnetwiderstände im Magnetsensor mit einer Empfindlichkeit gegen das Magnetfeld schaffen, wie z. B. der zweite und der dritte Widerstand R2, R3 in 19, aufgrund dessen, dass sie ein Material wie z. B. ein magnetoresistives Material ohne die Anwesenheit der durch die zweite strukturierte Schicht geschaffenen magnetischen Abschirmung umfassen. Das Vorsehen von sowohl regulären als auch Magnetwiderständen aus derselben strukturierten Materialschicht kann die Herstellung der magnetischen Vorrichtung durch Beseitigen des Bedarfs an einem zweiten Widerstandsmaterial und entsprechenden zusätzlichen Herstellungsschritten vereinfachen.
Die verschiedenen Schichten von strukturiertem Material können in verschiedenen Stapelordnungen vorgesehen sein. 20(d) stellt eine Querschnittsseitenansicht einer anderen Ausführungsform eines Magnetsensors mit der ersten strukturierten Materialschicht 348, die auf einer Oberfläche einer Schicht ausgebildet ist, die auf einem Substrat über einer zweiten strukturierten Materialschicht 352 ausgebildet ist, die auf einer Oberfläche einer anderen Schicht ausgebildet ist, die auf einem Substrat ausgebildet ist, dar.
Die erste und die zweite strukturierte Schicht können auch unterschiedliche Form- und geometrische Konfigurationen, wie z. B. irgendeine der Formkonfigurationen, die in 2(a)–2(k) dargestellt sind, und verschiedene Ausrichtungen der ersten und der zweiten strukturierten Schicht relativ zueinander umfassen. 20(e)–20(f) stellen Draufsichten einer anderen Ausführungsform von ersten und zweiten strukturierten Schichten 355, 357 eines Magnetsensors ähnlich zu jenem der Ausführungsformen von 20(a)–20(d) dar, in denen jedoch die erste und die zweite strukturierte Schicht unterschiedliche Form- und geometrische Konfigurationen aufweisen können. In 20(f) kann die erste strukturierte Schicht 355 eine Form ähnlich zu jener von 2(d) aufweisen, in der eine erste Teilmenge von rechteckigen Abschnitten in einer ersten Matrix in einer ersten Orientierung angeordnet ist und eine zweite Teilmenge von rechteckigen Abschnitten in einer zweiten Matrix in einer zweiten Orientierung angeordnet ist, die relativ zur ersten Orientierung um 90° gedreht ist. In 20(e) kann die zweite strukturierte Schicht 357 eine einzelne Form aufweisen, die über einer ganzen Teilmenge der rechteckigen Abschnitte liegt.
Der Magnetsensor kann andere Elemente umfassen, wie z. B. Leiter, die in 20(c) in schematischer Form gezeigt sind, sowie leitfähige Streifen, um die Richtung der Empfindlichkeit zu verstärken oder auszuwählen. Ausführungsformen des Magnetsensors können auch verschiedene elektrische Konfigurationen umfassen.
Die magnetische Vorrichtung kann eine erste strukturierte Schicht und eine zweite strukturierte Schicht umfassen, die relativ zueinander ähnlich wie in 20(a) gezeigt angeordnet sind, aber um eine andere ausgewählte magnetische Funktionalität zu erzeugen. Die erste strukturierte Schicht kann ein Material mit einer ausgewählten magnetischen Eigenschaft wie z. B. ein magnetoresistives Material oder ein Material, das ein vorübergehendes oder dauerhaftes Magnetfeld erzeugt, umfassen. Die zweite strukturierte Schicht kann ein magnetisch abschirmendes Material wie z. B. ein Material mit einer Permeabilität für Magnetfelder über einem vorbestimmten Schwellenwert umfassen. Jede der ersten und der zweiten strukturierten Schicht kann irgendeine der hier erörterten Eigenschaften der strukturierten Schicht aufweisen, wie z. B. irgendeine der im Hinblick auf 2(a)–2(k) erörterten Formen der strukturierten Schicht. Außerdem können eine oder beide der ersten oder der zweiten strukturierten Schicht das Umgekehrte von solchen Formen aufweisen, d. h. können nur einen Bereich außerhalb dieser Formen belegen. Verschiedene Kombinationen der ersten und der zweiten strukturierten Schicht können eine unterschiedliche ausgewählte magnetische Funktionalität erzeugen. In Ausführungsformen ähnlich zu der in 20(a) gezeigten kann die erste strukturierte Schicht beispielsweise spezifische Formen der strukturierten Schicht umfassen und die zweite strukturierte Schicht kann eine Teilmenge von im Wesentlichen denselben Formen oder eine solche Teilmenge umfassen, die auf einen vorbestimmten Grad größer oder kleiner skaliert ist. Solche Ausführungsformen können nützlich sein, um eine magnetische und andere Funktionalität unter Verwendung derselben ersten strukturierten Schicht zu schaffen. In anderen Ausführungsformen kann die erste strukturierte Schicht spezifische Formen der strukturierten Schicht umfassen und die zweite strukturierte Schicht kann umgekehrte Formen umfassen. Solche Ausführungsformen können nützlich sein, um zu ermöglichen, dass Magnetfelder die erste strukturierte Schicht erreichen, aber keine anderen Komponenten wie z. B. eine Schaltungsanordnung, die zur ersten strukturierten Schicht benachbart, dazwischen sein kann oder irgendeine andere räumliche Beziehung zu dieser aufweisen kann.
Die magnetische Vorrichtung kann auch mehrere magnetische Strukturen umfassen, die auf einem Substrat aufeinander gestapelt sind. 21 stellt eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer magnetischen Vorrichtung mit mehreren gestapelten magnetischen Strukturen dar. Die magnetische Vorrichtung kann eine erste magnetische Struktur 358 umfassen, die auf einer zweiten magnetischen Struktur 362 gestapelt ist. Die gestapelten ersten und zweiten magnetischen Strukturen 358, 362 können auf einer anderen Vorrichtungsstruktur wie z. B. einem Substrat 366 gestapelt sein. Die gestapelten magnetischen Strukturen 358, 362 können durch eine oder mehrere Isolations- oder Abschirmungsschichten 370, 374 getrennt sein. Jede der gestapelten magnetischen Strukturen 358, 362 kann eine Materialschicht 378, 382 mit ausgewählten magnetischen Eigenschaften umfassen, die auf einem Substrat 386, 390 ausgebildet ist.
Die magnetische Vorrichtung kann auch eine magnetische Struktur umfassen, die in oder zumindest teilweise in einer Aussparung in einem Substrat oder einer Aussparung in einer oder mehreren Schichten auf einem Substrat ausgebildet ist. 22(a)–22(b) stellen Ausführungsformen einer magnetischen Vorrichtung in einer ersten Herstellungsstufe dar, nachdem ein Substrat 394, 398 bereitgestellt ist, das eine oder mehrere Aussparungen 402, 406 umfasst, die im Substrat 394, 398 oder in einer oder mehreren Schichten auf dem Substrat 394, 398 ausgebildet sind. Die eine oder die mehreren Aussparungen 402, 406 können so geformt sein, dass sie dieselbe Form wie eine magnetische Schicht aufweisen oder Formen von dieser umschließen. Das Substrat 394, 398 kann bearbeitet werden, um die eine oder die mehreren Aussparungen 402, 406 zu erzeugen, wie z. B. durch Entfernen von Material vom Substrat 394, 398 oder einer Schicht auf dem Substrat durch eines oder mehrere von Ätzen, Sputtern usw. 22(c)–22(d) stellen Ausführungsformen der magnetischen Vorrichtung in einer zweiten Herstellungsstufe dar, nachdem eine strukturierte Schicht 410, 414 von Material mit einer ausgewählten magnetischen Eigenschaft in der einen oder den mehreren Aussparungen ausgebildet wurde, die in 22(a)–22(b) gezeigt sind. Die Formen der strukturierten Schichten 410, 414 können dieselben wie die Formen der Aussparungen sein. Alternativ kann eine Aussparung eine Schicht mit einer anderen Form oder eine Schicht mit mehreren Formen enthalten.
Die magnetische Struktur kann auch eine oder mehrere Aussparungen konform beschichten oder zumindest teilweise konform beschichten. 23(a) stellt eine Ausführungsform einer magnetischen Vorrichtung in einer ersten Herstellungsstufe dar, in der mehrere Aussparungen 415 in einem Substrat oder in einer oder mehreren Schichten auf dem Substrat ausgebildet werden. Die mehreren Aussparungen können durch nicht vertiefte Oberflächen 417 voneinander getrennt sein, wie z. B. gemäß einem periodischen Trennabstand. 23(b) stellt eine Ausführungsform der magnetischen Vorrichtung in einer zweiten Herstellungsstufe dar, in der eine strukturierte Schicht 419 ausgebildet wurde, um einen Bereich mit den Aussparungen und Trennoberflächen konform zu beschichten. Die strukturierte Schicht kann alternativ nur einen Teilabschnitt des Bereichs mit den Aussparungen und Trennoberflächen beschichten. 23(c) stellt eine andere Ausführungsform der magnetischen Vorrichtung in einer zweiten Herstellungsstufe dar, in der eine strukturierte Schicht 421 ausgebildet wurde, um einen Teilabschnitt des Bereichs mit den Aussparungen und Trennoberflächen konform zu beschichten. Diese teilweise Beschichtung kann direkt durch Ausbilden der Beschichtung nur im Teilbereich oder alternativ durch Ausbilden einer Beschichtung, wie z. B. in 23(b) dargestellt, und anschließend Entfernen eines Abschnitts der Beschichtung ausgebildet werden. Die strukturierte Schicht kann auch nur einen Abschnitt der Aussparungen beschichten. 23(d) stellt eine andere Ausführungsform der magnetischen Vorrichtung in einer zweiten Herstellungsstufe dar, in der eine strukturierte Schicht 423 ausgebildet wurde, um einen Teilabschnitt der Aussparungen wie z. B. eine untere Oberfläche der Aussparungen konform zu beschichten. Diese teilweise konforme Beschichtung kann wieder direkt durch Ausbilden der Beschichtung nur in den Teilbereichen oder alternativ durch Ausbilden einer Beschichtung, wie z. B. in 23(b) dargestellt, und anschließend Entfernen eines Abschnitts der Beschichtung ausgebildet werden.
Die magnetische Vorrichtung kann eine leitfähige Verdrahtung umfassen, die um die strukturierte Schicht angeordnet ist, die in einer Aussparung ausgebildet ist. Die leitfähige Verdrahtung kann eine leitfähige Spule oder andere leitfähige Verbindung um die magnetische Schicht schaffen. Die leitfähige Verdrahtung kann eine oder mehrere einer leitfähigen Schicht oder eines Kontaktlochs durch Silizium (oder ein anderes Substrat) (TSV) umfassen. Die leitfähige Schicht kann eine oder mehrere einer horizontalen leitfähigen Schicht oder einer vertikalen leitfähigen Schicht umfassen.
24(a)–24(c) stellen Ausführungsformen einer magnetischen Vorrichtung in einer ersten Herstellungsstufe mit einem Substrat 418, 422, 426 dar, in dem eine oder mehrere Aussparungen 430, 434, 438 ausgebildet werden und ein oder mehrere TSVs 442, 446, 450 um die Aussparungen 430, 434, 438 ausgebildet werden. 24(d)–24(f) stellen Ausführungsformen der magnetischen Vorrichtung von 24(a)–24(c) in einer zweiten Herstellungsstufe dar, in der eine strukturierte Schicht 454, 458, 462 in der einen oder den mehreren Aussparungen 430, 434, 438 ausgebildet wurde. 24(g)–24(i) stellen Ausführungsformen der magnetischen Vorrichtung von 24(a)–24(f) in einer dritten Herstellungsstufe dar, in der eine oder mehrere leitfähige Schichten 466, 470, 474 zwischen den TSVs 442, 446, 450 über dem Material 454, 458, 462 in der einen oder den mehreren Aussparungen 430, 434, 438 ausgebildet wurden. Eine andere leitfähige Schicht kann an einer unteren Schicht oder auf der Rückseite des Substrats ausgebildet werden, um die Verbindung der leitfähigen Verdrahtung zu vollenden, wie z. B. um leitfähige Spulen um das Material 454, 458, 462 auszubilden.
Die leitfähige Verdrahtung um die strukturierte Materialschicht kann eine leitfähige Spule mit einer Vielfalt von Konfigurationen und für eine Vielfalt von Zwecken bilden. Eine leitfähige Spule um das Material kann verwendet werden, um ein Magnetfeld im Material zu erzeugen oder zu verstärken. Eine leitfähige Spule um die strukturierte Schicht kann auch verwendet werden, um eine Magnetisierung des Materials wie z. B. eine Magnetisierung eines anisotropen magnetoresistiven Materials, das verwendet wird, um einen Magnetwiderstand zu implementieren, festzulegen, wie z. B. zu initialisieren oder die Richtung davon zu ändern. Die leitfähige Spule kann eine oder mehrere Wicklungen um ein oder mehrere separate Segmente der strukturierten Schicht an einem oder mehreren Orten der Segmente umfassen. In 24(g) kann beispielsweise die leitfähige Spule mehrere Wicklungen 478 um ein einzelnes separates Segment der strukturierten Schicht umfassen. In 24(h) kann die leitfähige Spule mehrere Wicklungen 482, 484 um jedes von mehreren separaten Segmenten der strukturierten Schicht umfassen. In 24(i) kann die leitfähige Spule erste mehrere Wicklungen 488 um einen ersten Ort eines einzelnen kontinuierlichen Segments der strukturierten Schicht und zweite mehrere Wicklungen 492 um einen zweiten Ort 482 des einzelnen kontinuierlichen Segments der strukturierten Schicht umfassen. Die ersten und zweiten mehreren Wicklungen 488, 492 können wahlweise verwendet werden, um Magnetfelder für den ersten und den zweiten Ort des Segments in verschiedenen Richtungen zu schaffen. Der erste und der zweite Ort des einzelnen Segments der strukturierten Schicht können wahlweise verwendet werden, um den Magnetfluss in verschiedenen Richtungen zu erzeugen, zu leiten, zu lenken oder zu konzentrieren.
Eine oder mehrere strukturierte Materialschichten mit einer ausgewählten magnetischen Eigenschaft können auf mehreren Ebenen in und um eine Aussparung ausgebildet werden. 25(a)–25(b) stellen eine Draufsicht und eine Querschnittsseitenansicht einer Ausführungsform einer magnetischen Vorrichtung in einer ersten Herstellungsstufe dar, in der eine Aussparung 496 mit mehreren Ebenen 500 in einem Substrat 504 ausgebildet wird. Jede der mehreren Ebenen 500 der Aussparung 496 kann eine Oberfläche umfassen. Jede Oberfläche kann zu einer primären Ebene des Substrats 504 parallel sein. Jede Oberfläche kann auch von anderen Ebenenoberflächen durch einen Abstand zwischen Ebenen versetzt sein. 25(c)–25(d) stellen eine Draufsicht und eine Querschnittsseitenansicht der magnetischen Vorrichtung von 25(a)–25(b) in einer zweiten Herstellungsstufe dar, in der mehrere strukturierte Materialschichten auf mehreren Ebenen in und um die Aussparung 496 ausgebildet werden. Die strukturierten Schichten können eine oder mehrere strukturierte Schichten 508 umfassen, die innerhalb der Aussparung auf einer Oberfläche von einer der Ebenen 500 innerhalb der Aussparung 496 ausgebildet werden. Obwohl die beispielhafte Ausführungsform von 25(c)–25(d) eine einzelne strukturierte Schicht auf einer einzelnen Ebene 500 innerhalb der Aussparung 496 darstellen, können andere Ausführungsformen mehrere strukturierte Schichten, jeweils auf einer unterschiedlichen Ebene 500 innerhalb der Aussparung 496 umfassen. Die strukturierten Schichten können auch eine strukturierte Schicht 512 umfassen, die auf einer Oberfläche ausgebildet ist, die die Aussparung 496 begrenzt oder um die Grenze dieser liegt. Die strukturierten Schichten 508, 512 können dieselbe Form wie die Aussparung 496 oder Ebene der Aussparung 496 aufweisen, auf der oder um die sie ausgebildet sind. Die strukturierten Schichten 508, 512 können gemäß den Zwischenebenenabständen zwischen Ebenen, auf denen sie ausgebildet sind, voneinander versetzt sein.
Ausführungsformen der magnetischen Vorrichtung können eine Funktionalität auf der Basis der Anwesenheit der strukturierten Schichten auf verschiedenen Ebenen schaffen. Mehrere Schichten, die auf verschiedenen Ebenen vorgesehen sind, die durch Abstände zwischen Ebenen voneinander versetzt sind, können beispielsweise verwendet werden, um eine magnetische Erfassung als Funktion einer Achse zu schaffen, entlang der die Ebenen versetzt sind. Die magnetische Vorrichtung in 25(d) kann beispielsweise eine magnetische Erfassung als Funktion einer Mittelachse 516 der Aussparung 496 schaffen. Dies kann nützlich sein, um Eigenschaften eines Objekts zu erfassen, das in die Aussparung 496 eintreten kann, wie z. B. die Position des Objekts in Bezug auf die Mittelachse 516 oder die Anwesenheit oder den Pegel eines Stroms, der einem Objekt zugeordnet ist, in Bezug auf die Mittelachse 516.
Verschiedene Typen von magnetischen Strukturen können in und um eine Aussparung ausgebildet sein. 26(a)–26(b) stellen eine Draufsicht und eine Querschnittsseitenansicht einer Ausführungsform einer magnetischen Vorrichtung in einer ersten Herstellungsstufe dar, in der eine Aussparung 520 mit mehreren Ebenen 524 in einem Substrat 528 ausgebildet wird. 26(c) stellt eine Seitenquerschnittsansicht der magnetischen Vorrichtung von 26(a)–26(b) in einer zweiten Herstellungsstufe dar, in der eine strukturierte Materialschicht 532 mit einer ausgewählten magnetischen Eigenschaft auf einer Ebene 524 in der Aussparung 520 ausgebildet wird. 26(d) stellt eine Seitenquerschnittsansicht der magnetischen Vorrichtung von 26(a)–26(c) in einer dritten Herstellungsstufe dar, in der eine magnetische Struktur 536 auf einer anderen Ebene 524 in der Aussparung 520 angeordnet wird. Die magnetische Struktur 536 kann eine strukturierte Schicht 540 umfassen, die auf einem Substrat 544 ausgebildet ist. In 26(d) kann die strukturierte Schicht 532, die auf der Ebene 524 der Aussparung 520 ausgebildet wird, in derselben vertikalen Höhe wie die strukturierte Schicht 540 ausgebildet werden, die auf dem Substrat 544 ausgebildet wird, die in der Aussparung 520 angeordnet ist. In anderen Ausführungsformen kann jedoch die strukturierte Schicht 532 auf der Ebene 524 in der Aussparung 520 auf einer anderen vertikalen Höhe als jener der strukturierten Schicht 540 auf dem Substrat 544 in der Aussparung 520 liegen.
Die magnetische Struktur kann verschiedene Formen oder Abschnitte von Formen von strukturierten Schichten umfassen, die auf verschiedenen Ebenen ausgebildet sind. 27(a) stellt eine Draufsicht einer Ausführungsform einer magnetischen Vorrichtung mit strukturierten Schichten 548, 552 mit mehreren separaten bogenförmigen Segmenten dar, die so angeordnet sind, dass sie einen Ring umschreiben. 27(b) stellt eine Querschnittsseitenansicht der magnetischen Vorrichtung von 27(a) entlang einer ersten Achse dar, die durch eine erste Teilmenge der Segmente 556 verläuft. Die erste Teilmenge von Segmenten 556 kann als erste strukturierte Schicht 548 auf einer ersten Oberfläche eines Substrats oder einer Schicht auf dem Substrat ausgebildet sein. 27(c) stellt eine Querschnittsseitenansicht der magnetischen Vorrichtung von 27(a) entlang einer zweiten Achse dar, die durch eine zweite Teilmenge der Segmente 560 verläuft. Die zweite Teilmenge von Segmenten 560 kann als zweite strukturierte Schicht 552 auf einer zweiten Ebene in einer Aussparung im Substrat oder auf einer Schicht des Substrats ausgebildet sein. Das Ausbilden von verschiedenen Formen oder Abschnitten von Formen von strukturierten Schichten auf verschiedenen Ebenen kann eine spezifische Funktionalität der magnetischen Vorrichtungen schaffen, wie z. B. spezifische magnetische Erfassungseigenschaften, die sich aus der Verteilung von geometrischen Formen auf verschiedene Ebenen ergeben.
Magnetische Strukturen können auch um eine Aussparung angeordnet sein, um einen Magnetflusskonzentrator zu schaffen. 28(a) stellt eine Querschnittsseitenansicht einer Ausführungsform der Magnetflusskonzentratorvorrichtung von 17(a) dar, in der mindestens eine der strukturierten Schichten des Magnetflusskonzentrators auf einer Oberfläche einer Ebene innerhalb einer Aussparung 564 ausgebildet sein kann. Eine andere der strukturierten Schichten des Magnetflusskonzentrators kann auf einer Oberfläche um die Aussparung 564 ausgebildet sein. In 28(a) kann der Magnetsensor auch auf einer Oberfläche um die Aussparung 564 ausgebildet sein. In anderen Ausführungsformen kann jedoch der Magnetsensor auch auf einer Oberfläche einer Ebene innerhalb der Aussparung 564 ausgebildet sein. 28(b) stellt eine Querschnittsseitenansicht einer anderen Ausführungsform der magnetischen Vorrichtung von 17(a) ähnlich zur Ausführungsform von 28(a) dar, in der jedoch der Magnetsensor auf einer Oberfläche einer Ebene innerhalb der Aussparung 564 ausgebildet sein kann. Andere Ausführungsformen können weitere Variationen von Verteilungen von Komponenten des Magnetflusskonzentrators und des Magnetsensors auf verschiedene Ebenen in und um eine Aussparung umfassen.
Andere hier erörterte magnetische Vorrichtungen können auch in und um eine oder mehrere Aussparungen konfiguriert sein. Eine oder mehrere der strukturierten Schichten der Magnetkonzentratorvorrichtung von 18(a)–18(b) können beispielsweise auch in einer oder mehreren Aussparungen ausgebildet sein. Ebenso können eine oder mehrere der strukturierten Schichten der Magnetsensorvorrichtungsausführungsformen von 20(a)–20(f) in einer oder mehreren Aussparungen ausgebildet sein.
Die magnetische Struktur kann auf einer Rückseite eines Substrats oder in einer Aussparung auf einer Rückseite eines Substrats angeordnet sein. 29 stellt eine Querschnittsseitenansicht einer magnetischen Vorrichtung mit einer oder mehreren magnetischen Strukturen 568 dar, die jeweils in einer entsprechenden Aussparung 572 in einer Rückseite eines Substrats 576 angeordnet sind. Jede der magnetischen Strukturen 568 kann eine strukturierte Schicht 580 umfassen, die auf einem Substrat 584 ausgebildet ist. Die magnetische Vorrichtung kann auch ein oder mehrere TSVs 588 umfassen, die die magnetischen Strukturen mit einer Vorderseite des Substrats elektrisch verbinden, das eine integrierte Schaltungsanordnung 592 umfassen kann.
Die magnetische Struktur kann auch eine strukturierte Materialschicht mit einer ausgewählten magnetischen Eigenschaft umfassen, die auf einer abgewinkelten Oberfläche ausgebildet ist. Die abgewinkelte Oberfläche kann eine Oberfläche einer Wand einer Aussparung sein. Das Ausbilden der strukturierten Schicht auf einer abgewinkelten Oberfläche kann eine ausgewählte Funktionalität als Funktion des Winkels der Oberfläche schaffen, wie z. B. Ermöglichen von einer oder mehreren einer vertikalen oder dreidimensionalen Empfindlichkeit für einen Magnetsensor, der aus solchen Schichten ausgebildet ist.
30(a) stellt eine Querschnittsseitenansicht einer Ausführungsform einer magnetischen Vorrichtung mit einer strukturierten Schicht 596 dar, die auf einer abgewinkelten Oberfläche 600 einer Wand einer Aussparung 604 in einem Substrat 608 ausgebildet ist. Die Oberfläche 600 kann so konfiguriert sein, dass sie einen vorbestimmten Winkel relativ zu einer primären Ebene des Substrats 608 oder einer Oberfläche einer Schicht auf dem Substrat 608 aufweist. 30(b) stellt eine Draufsicht einer Ausführungsform der in 29(a) dargestellten magnetischen Vorrichtung dar. Die Schicht 596 kann strukturiert sein, um z. B. einen Magnetsensor auszubilden. Die Aussparung 604 kann dieselbe Form wie die strukturierte Schicht 596 aufweisen oder diese umschließen. Wie bei den hier erörterten anderen Ausführungsformen kann die strukturierte Schicht 596 irgendeine der hier erörterten Eigenschaften der strukturierten Schicht aufweisen, wie z. B. irgendeine der hier im Hinblick auf 2(a)–2(k) erörterten Formen der strukturierten Schicht.
Die magnetische Struktur kann auch strukturierte Schichten umfassen, die auf mehreren verschiedenen abgewinkelten Oberflächen ausgebildet sind. 31(a) stellt eine Querschnittsseitenansicht einer Ausführungsform einer magnetischen Vorrichtung mit mehreren strukturierten Schichten 612, 616 dar, die jeweils auf einer unterschiedlichen abgewinkelten Oberfläche 620, 624 einer Wand einer Aussparung 628 in einem Substrat 632 ausgebildet sind. Jede der Oberflächen 620, 624 kann so konfiguriert sein, dass sie einen entsprechenden vorbestimmten Winkel relativ zu einer primären Ebene des Substrats 632 oder einer Oberfläche einer Schicht auf dem Substrat 632 aufweist. Der vorbestimmte Winkel für jede Wand kann wahlweise anders sein als jener der anderen Wände. 31(b) stellt eine Draufsicht einer Ausführungsform der in 31(a) dargestellten magnetischen Vorrichtung dar. Die Schichten 612, 616 können strukturiert sein, um z. B. einen Magnetsensor auszubilden. Die Aussparung 628 kann so geformt sein, dass sie dieselbe Form wie die strukturierten magnetischen Schichten 612, 616 aufweist oder diese umschließt.
Mehrere strukturierte Schichten können auf mehreren verschiedenen abgewinkelten Oberflächen von mehreren verschiedenen Aussparungen ausgebildet sein. 32 stellt eine Draufsicht einer anderen Ausführungsform einer magnetischen Vorrichtung mit mehreren strukturierten Schichten 636, 640, 644, 648 dar, die jeweils auf einer unterschiedlichen abgewinkelten Oberfläche 652, 656, 660, 664 ausgebildet sind, die eine Wand einer unterschiedlichen Aussparung bildet. Jede der strukturierten Schichten 636, 640, 644, 648 kann mehrere separate Segmente umfassen, die in unterschiedlichen Richtungen orientiert sind.
Die magnetische Struktur kann auch an einer Kappe ausgebildet sein, die an einem Substrat montiert ist. 33(a)–33(b) stellen perspektivische und Querschnittsseitenansichten einer Ausführungsform einer magnetischen Vorrichtung mit einer magnetischen Struktur dar, die an einer Kappe 668 ausgebildet ist, die an einem Substrat 672 montiert ist. Die magnetische Struktur kann eine strukturierte Materialschicht 676 mit einer ausgewählten magnetischen Eigenschaft umfassen, die auf einer Oberfläche oder in einer Aussparung des oberen Abschnitts der Kappe 668 ausgebildet ist. Die Kappe 668 kann am Substrat 672 über einer Substratstruktur 680 montiert sein, um teilweise oder vollständig ein Volumen um die Substratstruktur 680 von der Umgebung außerhalb der Kappe 668 zu umschließen. Die Kappe 668 kann den oberen Abschnitt, der über der Substratstruktur 680 angeordnet ist, und Seitenwände, die sich vom oberen Abschnitt zum Substrat 672 erstrecken, umfassen. Die Kappe 668 kann wahlweise ein Verkappungssubstrat sein, das aus einem anderen Substrat ausgebildet ist. Die Substratstruktur 680 kann unter der Kappe 668 angeordnet sein. Die Substratstruktur 680 kann eine oder mehrere einer integrierten Schaltungsanordnung, einer mikromechanischen Struktur, einer Sensorstruktur oder einer anderen magnetischen Struktur usw. umfassen.
Die magnetische Vorrichtung kann auch eine leitfähige Verdrahtung umfassen, um die magnetische Struktur an der Kappe mit der Schaltungsstruktur unter der Kappe elektrisch zu verbinden. 33(c) stellt eine Querschnittsseitenansicht einer Ausführungsform der magnetischen Vorrichtung ähnlich zur Ausführungsform von 33(a)–33(b) dar, die jedoch ein oder mehrere TSVs 684 umfasst, die sich durch die Kappe von der oberen Oberfläche der Kappe zum Substrat unter der Kappe erstrecken. Die TSVs 684 können wahlweise zusammen mit einer oder mehreren leitfähigen Schichten die magnetische Struktur mit der Substratstruktur unter der Kappe elektrisch verbinden. 33(d) stellt eine Querschnittsseitenansicht einer anderen Ausführungsform der magnetischen Vorrichtung ähnlich zur Ausführungsform von 33(a)–33(b) dar, die jedoch eine oder mehrere Drahtbondstellen 688 umfassen kann, die sich von der oberen Oberfläche der Kappe zum Substrat erstrecken, um die magnetische Struktur an der Kappe mit der Substratstruktur unter der Kappe elektrisch zu verbinden.
Magnetische Strukturen können auch auf mehreren verschiedenen Ebenen an und um eine Kappe ausgebildet sein. 34(a)–34(b) stellen perspektivische und Querschnittsseitenansichten einer Ausführungsform einer magnetischen Vorrichtung mit magnetischen Strukturen dar, die auf mehreren verschiedenen Ebenen an einer und um eine Kappe 692 ausgebildet sind, die an einem Substrat 696 montiert ist. Eine erste magnetische Struktur kann eine erste strukturierte Schicht 700 umfassen, die auf einer ersten Ebene an der Kappe 692 ausgebildet ist, wie vorstehend im Hinblick auf 33(a)–(d) erörtert. Eine zweite magnetische Struktur kann eine zweite strukturierte Schicht 704 umfassen, die auf einer zweiten Ebene an oder in einer Aussparung im Substrat 696 um die Kappe 692 ausgebildet ist. Die erste Ebene kann von der zweiten Ebene um einen vorbestimmten Abstand versetzt sein. Die erste und die zweite magnetische Schicht 700, 704 können eine gemeinsame Form aufweisen, wie z. B. konzentrische Ringe oder ausgerichtete quadratische oder rechteckige Formen. Die zweite Schicht 704 kann teilweise oder vollständig die Kappe 692 umgeben.
Wie bei hier erörterten anderen Ausführungsformen kann eine strukturierte Schicht, die an einer Kappe ausgebildet ist, eine ausgewählte magnetische Eigenschaft aufweisen, um eine ausgewählte magnetische Funktionalität zu schaffen. In Ausführungsformen kann die strukturierte Schicht ein magnetoresistives Material umfassen, das angeordnet ist, um einen Magnetsensor zu bilden. In anderen Ausführungsformen kann die strukturierte Schicht ein Material umfassen, das ein vorübergehendes oder dauerhaftes Magnetfeld erzeugt. In noch anderen Ausführungsformen kann die strukturierte Schicht ein magnetisch abschirmendes Material wie z. B. ein Material mit Permeabilität für Magnetfelder über einem vorbestimmten Schwellenwert umfassen.
Andere Strukturen können an der Kappe zusätzlich zur magnetischen Struktur ausgebildet werden. 35 stellt eine Ausführungsform einer magnetischen Vorrichtung mit einer magnetischen Struktur 708 und einer leitfähigen Spule 712 dar, die an einer Kappe 716 ausgebildet sind, die an einem Substrat 720 montiert ist. Die leitfähige Spule 712 kann in einem separaten Bereich von der magnetischen Struktur 708 ausgebildet sein, wie in 35, oder kann unter oder über der magnetischen Struktur ausgebildet sein. Eine leitfähige Spule, die in einem separaten Bereich ausgebildet ist, kann z. B. eine Funkfrequenzidentifikationsstruktur schaffen. Eine leitfähige Spule, die unter oder über der magnetischen Struktur ausgebildet ist, kann verwendet werden, um ein Magnetfeld zu schaffen, um die magnetischen Eigenschaften der magnetischen Struktur festzulegen oder zu modifizieren.
Die magnetische Vorrichtung kann auch einen Magnetflusskonzentrator an oder in der Kappe schaffen. 36(a) stellt eine Ausführungsform einer magnetischen Vorrichtung mit einer ersten magnetischen Struktur, die einen Magnetflusskonzentrator bildet, und einer oder mehreren zweiten magnetischen Strukturen, die einen oder mehrere Magnetsensoren in einer und um eine Kappe bilden, die an einem Substrat montiert ist, dar. Der Magnetflusskonzentrator kann eine strukturierte Schicht aus einem Material 717 umfassen, das in einer Seitenwand der Kappe abgeschieden ist. Die strukturierte Schicht kann sich im Wesentlichen zur Oberseite und Unterseite der Seitenwand oder auf oder innerhalb eines vorbestimmten Abstandes der Oberseite und Unterseite erstrecken. Die strukturierte Schicht des Magnetflusskonzentrators kann entlang einer im Wesentlichen vertikalen Ebene ausgebildet sein. Der eine oder die mehreren Magnetsensoren können eine strukturierte Materialschicht 715, 719 umfassen, die an der Kappe und/oder am Substrat ausgebildet ist. Die strukturierten Schichten können innerhalb eines vorbestimmten Abstandes der Enden der strukturierten Schicht des Magnetflusskonzentrators ausgebildet sein. Die strukturierten Schichten der Magnetsensoren können entlang einer im Wesentlichen horizontalen Ebene ausgebildet sein. Die strukturierte Schicht des Magnetflusskonzentrators kann ein Material mit einer relativ hohen Permeabilität für Magnetfelder wie z. B. einer Permeabilität über einem vorbestimmten Schwellenwert umfassen, und die strukturierten Schichten der Magnetsensoren können ein magnetoresistives Material umfassen.
Im Betrieb kann der Magnetflusskonzentrator den Magnetfluss, wenn er in einer vertikalen Richtung 721 verläuft, in einem Bereich über und unter der strukturierten Schicht in die strukturierte Schicht lenken oder konzentrieren. Dieses Lenken oder Konzentrieren kann eine lokalisierte Translation des Magnetflusses von einer vertikalen Richtung oder ähnlichen Richtungen zu einer horizontalen Richtung oder ähnlichen Richtungen 723 nahe den Enden des Magnetflusskonzentrators erzeugen, wo die Magnetsensoren angeordnet sind. Das Lenken und/oder Konzentrieren des Magnetflusses kann ermöglichen, dass der Magnetsensor ein vertikales Magnetfeld unter Verwendung einer Betriebsempfindlichkeit für Magnetfelder entlang der horizontalen Richtung anstelle der vertikalen Richtung erfasst.
36(b) stellt eine andere Ausführungsform einer magnetischen Vorrichtung ähnlich zur Ausführungsform von 36(a) dar, in der jedoch ein Magnetflusskonzentrator eine strukturierte Schicht eines Materials 725 umfassen kann, die auf einer Oberfläche der Seitenwand der Kappe abgeschieden ist.
Außerdem kann die magnetische Struktur an der Kappe gemäß irgendeiner der Ausführungsformen der magnetischen Struktur, die auf einem hier erörterten Substrat ausgebildet ist, wie z. B. im Hinblick auf 7 bis 44 und ihren verschiedenen Unterfiguren (d. h. (a), (b) usw.), unter anderen Ausführungsformen ausgebildet sein, wobei die Kappe das Substrat ist und entsprechende Substratstrukturen aufweist.
Die magnetische Struktur kann auch eine strukturierte Schicht umfassen, die an oder als Teil einer mikromechanischen Struktur ausgebildet ist. Die mikromechanische Struktur kann eine oder mehrere einer Vielfalt von verschiedenen Strukturen umfassen, einschließlich eines oder mehrerer eines Balkens, einer Platte, eines Kamms, einer Membran oder eines Zahnrades usw. Die strukturierte Schicht kann einen Teil oder alles eines mechanisch aktiven Abschnitts der mikromechanischen Struktur bilden.
37(a) stellt eine Ausführungsform einer magnetischen Vorrichtung mit einer magnetischen Struktur mit einer strukturierten Schicht dar, die einen mikromechanischen Balken 724 bildet, der an einem Substrat 728 aufgehängt ist. Der Balken 724 kann ein Ausleger mit einem Ankerabschnitt 732, der den Balken 724 mit dem Substrat 728 verbindet, und einem aufgehängten Abschnitt 736, der über einem anderen Abschnitt des Substrats 728 aufgehängt ist, sein. Der aufgehängte Abschnitt 736 des Balkens 724 kann flexibel sein und kann so konfiguriert sein, dass er sich in Reaktion auf Reize zum Substrat hin und von diesem weg biegt. Die strukturierte Schicht kann ein Material umfassen, das ein dauerhaftes oder vorübergehendes Magnetfeld erzeugt. Die strukturierte Schicht kann im Wesentlichen den ganzen Balken 724 bilden, einschließlich sowohl des Ankerabschnitts 732 als auch des aufgehängten Abschnitts 736, wie in 37(a) gezeigt. Die strukturierte Schicht der magnetischen Struktur kann jedoch alternativ nur einen Teil der mikromechanischen Vorrichtung bilden. 37(b) stellt eine andere Ausführungsform einer magnetischen Vorrichtung ähnlich zu der in 37(b) dargestellten Ausführungsform dar, in der jedoch eine strukturierte Schicht nur einen Teil der mikromechanischen Vorrichtung bilden kann, wie z. B. eine strukturierte Schicht 740 auf einem aufgehängten Abschnitt eines Balkens, der aus einem anderen Material wie z. B. einem Oxid, Polysilizium oder einem anderen Material ausgebildet sein kann.
Die magnetische Vorrichtung kann auch wahlweise eine andere magnetische Struktur mit einer strukturierten Schicht 744 umfassen, die unter der mikromechanischen Struktur an, in oder in einer Aussparung des Substrats 728 ausgebildet ist. Die strukturierte Schicht kann ein Material umfassen, das ein dauerhaftes oder vorübergehendes Magnetfeld erzeugt. Die zweite magnetische Struktur kann mit der magnetischen Struktur der mikromechanischen Struktur 724 magnetisch zusammenwirken. Andere Ausführungsformen können die zweite magnetische Struktur 744, die unter der mikromechanischen Struktur 724 ausgebildet ist, weglassen.
Die magnetische Vorrichtung kann ferner eine Kappe 748 umfassen, die am Substrat 728 um die mikromechanische Struktur 724 montiert ist. Die Kappe 748 kann teilweise oder vollständig die mikromechanische Struktur 724 umschließen, um die mikromechanische Struktur 724 vor der Umgebung um die magnetische Vorrichtung zu schützen.
Die magnetische Vorrichtung kann auch eine leitfähige Verdrahtung umfassen, um die mikromechanische Struktur mit anderen Vorrichtungskomponenten elektrisch zu verbinden. Die leitfähige Verdrahtung kann eine leitfähige Schicht 752 umfassen, die die magnetische Struktur mit anderen Orten auf derselben Seite des Substrats 728 wie die mikromechanische Struktur 724 elektrisch verbindet, wie in 37(a) gezeigt. Die leitfähige Verdrahtung kann auch eine oder mehrere leitfähige Schichten und TSVs, die die mikromechanische Vorrichtung mit Orten auf der entgegengesetzten Seite des Substrats verbinden, umfassen. 37(c) stellt eine andere Ausführungsform einer magnetischen Vorrichtung ähnlich zur in 37(a) dargestellten Ausführungsform dar, in der jedoch die magnetische Vorrichtung eine oder leitfähige Schichten 756 und TSVs 760 umfassen kann, die die mikromechanische Vorrichtung mit Orten auf der entgegengesetzten Seite des Substrats verbinden.
Im Betrieb kann die in 37(a)–37(c) dargestellte mikromechanische Balkenstruktur eine Vielfalt von Funktionalität schaffen, wie z. B. Arbeiten als Schalter, Sensor usw. Die mikromechanische Balkenstruktur kann beispielsweise als magnetischer Schalter wie z. B. als Reed-Relais arbeiten, um eine elektrische Verbindung zwischen einem leitfähigen Kontakt 764 an einem freien Ende des Balkens 724 und einem zweiten leitfähigen Kontakt 768 am Substrat 728 unter dem freien Ende des Balkens 724 in Reaktion auf externe Reize wie z. B. ein Magnetfeld herzustellen. Die mikromechanische Balkenstruktur kann auch verwendet werden, um externe Magnetfelder als Funktion der Ablenkung der Balkenstruktur in Reaktion auf solche Felder zu detektieren. Die mikromechanische Balkenstruktur kann ferner verwendet werden, um durch Bewegen der Balkenstruktur in Reaktion auf einen Reiz wie z. B. ein Magnetfeld oder eine Beschleunigung sich selektiv ändernde Magnetfelder zu erzeugen. Ein sich selektiv änderndes Magnetfeld kann in verschiedenen Anwendungen verwendet werden, wie z. B. Implementieren einer isolierten Datenverbindung.
Die magnetische Vorrichtung kann mehrere mikromechanische Strukturen umfassen, die teilweise oder vollständig aus magnetischen Strukturen ausgebildet sind. 38(a)–38(b) stellen Draufsichten von Ausführungsformen einer magnetischen Vorrichtung mit mehreren mikromechanischen Balken 771, 772 dar, die aus strukturierten Schichten ähnlich wie in 37(a)–37(b) gezeigt ausgebildet sind. In 38(a) können die mehreren Balken 771 benachbart zueinander in einer gleichen räumlichen Orientierung in einer eindimensionalen Matrix angeordnet sein. In 38(b) können die mehreren Balken 772 mit räumlichen Orientierungen in Winkeln relativ zueinander, wie z. B. in Winkeln von 90° oder 180°, angeordnet sein. Die mehreren mikromechanischen Strukturen können relativ zueinander angeordnet sein, um verschiedene Vorrichtungen zu implementieren, wie z. B. eine miteinander verbundene Matrix von Magnetschaltern. Die Ausführungsform von 38(a) kann beispielsweise verwendet werden, um eine Funktionalität als Funktion einer Variation eines Magnetfeldes entlang der Matrix von Balken zu detektieren oder anderweitig zu liefern. Die Ausführungsform von 38(b) kann verwendet werden, um eine Funktionalität als Funktion einer Richtungsabhängigkeit eines Magnetfeldes relativ zur Matrix von Balken als Ganzes zu detektieren oder anderweitig zu liefern.
Eine mikromechanische Balkenstruktur, die aus einer magnetischen Struktur ausgebildet ist, kann auch dazu konfiguriert sein, sich seitlich anstelle von oder zusätzlich zu zum Substrat hin und von diesem weg zu biegen. Der mikromechanische Balken kann dazu konfiguriert sein, sich in einer speziellen Richtung zu biegen, durch Dimensionieren des Balkens unter einer vorbestimmten Dicke in jener Richtung, um eine Biegung des Balkens zu ermöglichen. 39(a)–39(b) stellen ein Draufsichten und eine Seitenansicht von Ausführungsformen einer magnetischen Vorrichtung mit einem mikromechanischen Balken 773 dar, der aus einer strukturierten Schicht ähnlich wie in 37(a)–37(b) gezeigt ausgebildet ist, in der jedoch der Balken so konfiguriert sein kann, dass er sich seitlich von Seite zu Seite, in einer Richtung parallel zu einer primären Ebene des Substrats anstatt oder zusätzlich zum Biegen zum Substrat hin und von diesem weg biegt. Die magnetische Vorrichtung kann auch ein oder mehrere Elemente umfassen, die seitlich an einer oder mehreren Seiten der Balken angeordnet sind. Die seitlichen Elemente können eine oder mehrere einer Bewegungsbegrenzungsstruktur, eines elektrischen Kontakts oder einer sekundären magnetischen Struktur sein oder umfassen.
Die magnetische Vorrichtung kann mehrere mikromechanische Balken umfassen, die aus magnetischen Strukturen ausgebildet sind und dazu konfiguriert sind, sich seitlich zu bewegen. 40 stellt eine Draufsicht einer Ausführungsform einer magnetischen Vorrichtung mit mehreren mikromechanischen Balken 777 dar, die aus einer strukturierten Schicht ähnlich wie in 39(a)–39(b) gezeigt ausgebildet sind. Die mehreren Balken können in räumlichen Orientierungen in Winkeln relativ zueinander, wie z. B. in Winkeln von 90° oder 180°, angeordnet sein. In anderen Ausführungsformen können die mehreren Balken benachbart zueinander in einer gleichen räumlichen Orientierung, in einer eindimensionalen Matrix angeordnet sein, wie z. B. ähnlich wie in 38(a) gezeigt. Wie vorstehend erörtert, können mehrere mikromechanische Strukturen relativ zueinander angeordnet sein, um verschiedene Vorrichtungen zu implementieren. Die Ausführungsform von 40 kann beispielsweise auch verwendet werden, um eine Funktionalität als Funktion einer Richtungsabhängigkeit eines Magnetfeldes relativ zur Matrix von Balken als Ganzes zu detektieren oder anderweitig zu schaffen.
Der aus der magnetischen Struktur ausgebildete mikromechanische Balken kann andere Formen als die freitragenden Balken, die in 37–40 dargestellt sind, annehmen. 41(a)–41(b) stellen Seitenansichten von zusätzlichen Ausführungsformen von mikromechanischen Balkenstrukturen dar, die aus einer magnetischen Struktur ausgebildet sein können. In 41(a) kann die Balkenstruktur 776 erste und zweite Ankerabschnitte 780, 784 an entgegengesetzten Enden der Struktur 776, die die Struktur 776 mit einem Substrat 786 verbinden, und einen aufgehängten Abschnitt 788, der über dem Substrat 786 aufgehängt ist, umfassen. In 41(b) kann die Balkenstruktur 792 einen zentralen Ankerabschnitt 796, der die Struktur 792 mit einem Substrat 800 verbindet, und erste und zweite aufgehängte Abschnitte 804, 808, die über dem Substrat 800 aufgehängt sind, umfassen. In jedem Fall kann der aufgehängte Abschnitt des Balkens flexibel sein und sich in Reaktion auf magnetische Reize biegen.
Obwohl 38–41 Balkenstrukturen darstellen, die vollständig aus strukturierten Schichten ausgebildet sind, können in anderen Ausführungsformen diese mikromechanischen Balkenstrukturen entweder vollständig oder teilweise aus einer strukturierten Schicht ausgebildet sein, wie z. B. durch Vergleich in 37(a)–37(b) gezeigt. Obwohl für die Deutlichkeit der Darstellung 38–41 im Wesentlichen nur die mehreren mikromechanischen Strukturen darstellen, kann die magnetische Vorrichtung außerdem auch andere Komponenten umfassen, um die Funktion dieser Strukturen zu ermöglichen und/oder zu steigern, wie z. B. eine oder mehrere einer Kappe, von elektrischen Verbindungen, einer zweiten magnetischen Struktur usw., ähnlich wie in 37(a)–37(c) gezeigt.
Die magnetische Struktur kann auch auf oder als Teil von anderen Typen von mikromechanischen Strukturen ausgebildet sein. Die magnetische Struktur kann beispielsweise auf oder als Teil einer mikromechanischen Membran ausgebildet sein. 42(a)–42(c) stellen Querschnittsseitenansichten einer magnetischen Vorrichtung mit einer magnetischen Struktur dar, die auf einer mikromechanischen Membran ausgebildet ist, die auf einem Substrat 803 ausgebildet ist. Die Membran kann einen oder mehrere Ankerabschnitte 805, die mit dem Substrat verbunden sind, und einen aufgehängten Abschnitt 807, der über einem Bereich des Substrats aufgehängt ist, umfassen. Der aufgehängte Abschnitt kann flexibel sein und kann dazu konfiguriert sein, sich zum Substrat hin und von diesem weg in Reaktion auf Reize zu biegen. Der aufgehängte Abschnitt kann eine oder mehrere Aussparungen 809 umfassen, in denen eine strukturierte Schicht 811, 815, 817 ausgebildet sein kann. Die strukturierte Schicht kann die Aussparungen teilweise füllen, wie z. B. in 42(a), die Aussparung vollständig füllen, wie z. B. in 42(b), oder über die Aussparung überlaufen, wie z. B. in 42(c). Die strukturierte Schicht kann ein Material umfassen, das ein dauerhaftes oder vorübergehendes Magnetfeld erzeugt.
Eine Kappe, wie z. B. in 33–37 gezeigt, kann auch als mikromechanische Membran konfiguriert sein, wie z. B. in 42(a)–42(c) gezeigt.
Die magnetische Struktur kann auch auf oder als Teil von anderen Typen von mikromechanischen Strukturen ausgebildet sein. Die magnetische Struktur kann beispielsweise auf oder als Teil eines mikromechanischen Scanners ausgebildet sein. 43(a)–43(b) stellen eine Draufsicht und eine Unteransicht einer magnetischen Vorrichtung mit einer magnetischen Struktur dar, die auf einem mikromechanischen Scanner ausgebildet ist. Der mikromechanische Scanner kann die drehbare Plattform 819, einen inneren Betätigungsring 821 und einen äußeren Betätigungsring 823 umfassen. Der mikromechanische Scanner kann aus einem Substrat oder Schichten auf einem Substrat ausgebildet sein.
Die drehbare Plattform kann eine obere Oberfläche, auf der eine Materialschicht mit einem ausgewählten Reflexionsgrad ausgebildet sein kann, eine untere Oberfläche, auf der eine strukturierte Materialschicht 825 mit einer ausgewählten magnetischen Eigenschaft und ein Satz von elektrischen Kontakten 829, die mit der strukturierten Schicht verbunden sind, ausgebildet sein können, und einen Satz von elektrostatischen Aktuatorkomponenten 827 wie z. B. Antriebskämme umfassen. Die drehbare Plattform kann mit dem inneren Betätigungsring durch eine oder mehrere Torsionsfedern 831 verbunden sein. Der innere Betätigungsring kann erste und zweite Sätze von elektrostatischen Aktuatorkomponenten 832, 833 wie z. B. Antriebskämme umfassen. Der innere Betätigungsring kann mit dem äußeren Aktuatorring durch eine oder mehrere Torsionsfedern 835 verbunden sein. Der äußere Aktuatorring kann einen Satz von elektrostatischen Aktuatorkomponenten 837 wie z. B. Antriebskämme und einen Satz von elektrischen Kontakten 839 umfassen. Die elektrischen Kontakte der drehbaren Plattform können mit elektrischen Kontakten des äußeren Aktuatorrings durch einen Satz von Bonddrähten 841 elektrisch verbunden sein. Obwohl als mit im Wesentlichen quadratischen Umrissen in 43(a)–43(b) gezeigt, können die drehbare Plattform, der innere Betätigungsring und der äußere Betätigungsring alternativ so ausgebildet sein, dass sie andere Umrisse aufweisen, wie z. B. rechteckige, kreisförmige oder elliptische Umrisse usw.
Die strukturierte Schicht kann ein magnetoresistives Material umfassen, das angeordnet ist, um einen Magnetsensor zu bilden. Für die Deutlichkeit der Darstellung ist die strukturierte Schicht als einzelne quadratische Region in 43(b) gezeigt, kann jedoch stattdessen irgendeine von Formkonfigurationen von strukturierten Schichten, die hier erörtert sind, umfassen, wie z. B. eine oder mehrere Formen von strukturierten Schichten, die elektrisch miteinander verbunden und angeordnet sind, um einen Magnetsensor zu bilden.
Im Betrieb kann sich die drehbare Plattform um eine erste Achse 843 in Reaktion auf das Anlegen von elektrischen Signalen an die elektrostatischen Aktuatorkomponenten der Plattform und des inneren Aktuatorrings drehen. Ebenso kann die drehbare Plattform um eine zweite Achse 845 in Reaktion auf das Anlegen von elektrischen Signalen an die elektrostatischen Aktuatorkomponenten des inneren Aktuatorrings und des äußeren Aktuatorrings gedreht werden. 44(a)–44(c) stellen Querschnittsvorderansichten der magnetischen Vorrichtung entlang einer Achse dar, die von den Torsionsfedern versetzt ist. In 44(a) kann sich die drehbare Plattform in einem Ruhezustand ohne Drehung um irgendeine Achse befinden. In 44(b) kann die drehbare Plattform um die erste Achse gedreht werden. In 44(c) kann die drehbare Plattform um die zweite Achse gedreht werden. Die Reflexionsschicht kann eine Lichtquelle wie z. B. einen Laser, der auf die drehbare Plattform gerichtet wird, in einem entsprechenden zweidimensionalen Muster abtasten. Der Magnetsensor kann ein Ausgangssignal, das die Orientierung der drehbaren Plattform darstellt, durch Erfassen des Magnetfeldes in der Umgebung der magnetischen Vorrichtung liefern, das eine bekannte Orientierung relativ zur magnetischen Vorrichtung als Ganzes aufweisen kann. Für die Deutlichkeit der Darstellung sind die Bonddrähte 841 aus 44(a)–44(c) weggelassen, sie können jedoch so konfiguriert sein, dass sie eine ausreichende Größe und Flexibilität aufweisen, um sich an die Drehung der Plattform um beide Achsen anzupassen, während immer noch eine elektrische Verbindung zwischen den elektrischen Kontakten 829 an der drehbaren Plattform und den elektrischen Kontakten 839 am äußeren Ring aufrechterhalten wird.
Irgendeine der Ausführungsformen der magnetischen Vorrichtung, die hier erörtert sind, können eine magnetische Struktur mit einer strukturierten Schicht mit irgendeiner von physikalischen Verbindungen oder Anordnungen relativ zum hier erörterten Substrat, wie z. B. irgendeine der Verbindungen oder Anordnungen, die im Hinblick auf irgendeine von 7 bis 44 und ihre verschiedenen Unterfiguren (d. h. (a), (b) usw.) erörtert sind, unter anderen Verbindungen und Anordnungen umfassen.
Die magnetische Vorrichtung kann eine magnetische Struktur umfassen, die mit einer Struktur eines Gehäuses verbunden oder relativ zu dieser angeordnet ist. 45 stellt eine Ausführungsform der magnetischen Vorrichtung 801 als verpackte magnetische Vorrichtung mit der magnetischen Struktur dar, die mit einer Struktur eines Gehäuses verbunden oder relativ zu dieser angeordnet ist. Die magnetische Vorrichtung kann ein Gehäuse 803, eine magnetische Struktur 805, ein oder mehrere Substrate 807 und eine zugehörige Schaltung 809 umfassen.
Das Gehäuse kann ein oder mehrere Gehäusestrukturen 811 wie z. B. eine oder mehrere einer Öffnung, einer Umhüllung usw. umfassen. Die magnetische Struktur kann mit der einen oder den mehreren Gehäusestrukturen in einer vorbestimmten Weise physikalisch verbunden oder relativ dazu angeordnet sein.
Die magnetische Struktur, das Substrat, die Substratstruktur 815 und die Schaltung der verpackten magnetischen Vorrichtung können irgendeine der Ausführungsformen dieser Komponenten und ihrer Verbindungen und Anordnungen, die vorstehend im Hinblick auf beliebige andere Ausführungsformen der magnetischen Vorrichtung erörtert sind, wie z. B. im Hinblick auf 7 bis 44 und ihre verschiedenen Unterfiguren (d. h. (a), (b) usw.) erörtert, unter anderen Ausführungsformen umfassen.
46 stellt eine Ausführungsform einer verpackten magnetischen Vorrichtung dar. Die verpackte magnetische Vorrichtung kann die magnetische Struktur, ein Gehäuse und die entsprechende Schaltung umfassen. Die magnetische Struktur kann eine strukturierte Schicht 856 umfassen, die auf einem Substrat 860 ausgebildet ist. Die zugehörige Schaltung kann eine integrierte Schaltung 864 umfassen, die auf einem oder mehreren zusätzlichen Substraten ausgebildet ist. Die magnetische Struktur und ihr Substrat können an der integrierten Schaltung befestigt sein, um einen Substratstapel zu bilden.
Das Gehäuse kann eine Umhüllung 868 umfassen, um einen Abschnitt der magnetischen Struktur selektiv freizulegen, während andere Abschnitte der Vorrichtung umschlossen sind. Die Umhüllung kann eine Öffnung 857, um einen Abschnitt der magnetischen Struktur wie z. B. eine Oberfläche der strukturierten Schicht oder eine beschichtete Oberfläche der strukturierten Schicht einer Umgebung außerhalb des Gehäuses auszusetzen, und einen Umhüllungsabschnitt 859, der einen anderen Abschnitt von einer oder mehreren der magnetischen Struktur oder der Schaltung umschließt, um eine Barriere für die äußere Umgebung zu schaffen, umfassen. Das Aussetzen der magnetischen Struktur der äußeren Umgebung kann die magnetische Leistungsfähigkeit der magnetischen Struktur durch Schaffen eines selektiven Zugangs zu oder von der magnetischen Struktur durch ein Magnetfeld verbessern. Das Umhüllen des anderen Abschnitts der magnetischen Struktur oder integrierten Schaltung kann die elektrische Leistungsfähigkeit des anderen Abschnitts der magnetischen Struktur oder integrierten Schaltung durch selektives Verhindern eines Zugangs zu oder von der magnetischen Struktur durch ein magnetisches, elektrisches oder elektromagnetisches Feld verbessern oder andere Typen von Schutz vor der äußeren Umgebung schaffen. Das Gehäuse kann auch einen leitfähigen Leiterrahmen und Drahtbondstellen umfassen, um elektrische Verbindungen zwischen Anschlüssen des Gehäuses und einer oder mehreren der magnetischen Struktur oder der integrierten Schaltung zu schaffen.
In anderen Ausführungsformen kann eine verpackte magnetische Vorrichtung die magnetische Struktur und Schaltung umfassen, die zusammen auf einem einzelnen Substrat ausgebildet sind, wie z. B. auf denselben oder unterschiedlichen Seiten eines solchen Substrats, das ebenso wie in 42 gezeigt verpackt ist.
47(a) stellt eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform einer verpackten magnetischen Vorrichtung dar, die eine magnetische Struktur beinhaltet, die auf oder als Teil eines mikromechanischen Scanners ausgebildet ist, wie z. B. in 43 und 44 gezeigt. Die verpackte magnetische Vorrichtung kann eine Umhüllung 965, ein Substrat 967, das einen mikromechanischen Scanner 969 enthält, wie z. B. in 43 und 44 gezeigt, ein Gehäusesubstrat 971, eine Linse 973 und eine oder mehrere elektrische Verbindungen 975 umfassen. Für die Deutlichkeit der Darstellung ist der mikromechanische Scanner 969 als einzelne schematische Entität gezeigt, er kann jedoch alle der in 43–44 gezeigten Komponenten umfassen. Die Umhüllung kann eine Öffnung 977, um die Linse zu positionieren und Licht in den Scanner einzulassen, und einen Abschnitt 978, um den Scanner relativ zur Öffnung und Linse aufzunehmen und zu positionieren, umfassen. Die elektrischen Verbindungen, die Bonddrähte umfassen können, können den Scanner mit dem Gehäusesubstrat elektrisch verbinden. Wie vorstehend im Hinblick auf 43 und 44 erörtert, kann eine strukturierte Schicht aus magnetoresistivem Material 979, die einen Magnetsensor bildet, auf dem Scanner ausgebildet sein.
Die verpackte magnetische Vorrichtung kann auch eine zweite strukturierte Schicht umfassen. Die zweite strukturierte Schicht kann ein Material umfassen, das ein vorbestimmtes dauerhaftes oder vorübergehendes Magnetfeld schafft. 47(b) und 47(c) stellen Querschnittsansichten von Ausführungsformen einer verpackten magnetischen Vorrichtung ähnlich wie in 47(a) gezeigt dar, jedoch mit einer zweiten strukturierten Schicht. In 47(b) kann die zweite strukturierte Schicht 981 auf einem Abschnitt der Gehäuseumhüllung oder des Gehäusesubstrats ausgebildet sein. Im Betrieb kann die zweite strukturierte Schicht ein vorbestimmte Magnetfeld um den Scanner schaffen und der Magnetsensor, der aus der ersten strukturierten Schicht ausgebildet ist, kann eine Ausgabe liefern, die die Drehposition des Scanners auf der Basis des durch den Sensor erfassten Magnetfeldes darstellt. In 47(c) kann die Art der strukturierten Schichten umgekehrt sein, wobei eine erste strukturierte Schicht 983 auf dem Scanner mit einem Material, das das vorbestimmte Magnetfeld schafft, ausgebildet ist, und eine zweite strukturierte Schicht 985, die auf der Gehäuseumhüllung oder dem Gehäusesubstrat mit einem magnetoresistiven Material, das einen Magnetsensor bildet, ausgebildet ist. Eine solche Ausführungsform kann gemäß ähnlichen Prinzipien wie für die Ausführungsform von 47(b) arbeiten, wobei jedoch das Erzeugen und Erfassen von Magnetfeldern mit ausgetauschten Orten durchgeführt werden.
Die magnetische Vorrichtung kann eine magnetische Struktur umfassen, die mit einer Struktur eines Moduls verbunden oder relativ zu dieser angeordnet ist, das mehrere Substrate beinhaltet. 48 stellt eine Ausführungsform einer magnetischen Vorrichtung 817 als magnetische Vorrichtung auf Modulbasis dar. Die magnetische Vorrichtung kann mehrere Substrate 819, eine magnetische Struktur 821 und eine zugehörige Schaltung 823 umfassen. Die magnetische Vorrichtung kann auch wahlweise eine oder mehrere andere Strukturen 825 wie z. B. eine Spule, eine Kappe, eine mikromechanische Struktur, eine Antenne usw. umfassen.
Die magnetische Struktur kann mit einer oder mehreren Strukturen 827 von einem oder mehreren der Modulsubstrate physikalisch verbunden oder relativ dazu angeordnet sein. Die magnetische Struktur kann unter anderen Ausführungsformen beispielsweise mit Strukturen von einem oder mehreren der Modulsubstrate gemäß irgendeiner der Ausführungsformen der magnetischen Struktur und der Substrate und ihrer Verbindungen und Anordnungen physikalisch verbunden oder relativ dazu angeordnet sein, die vorstehend im Hinblick auf die magnetische Vorrichtung auf Substratbasis erörtert wurden, wie z. B. vorstehend im Hinblick auf 7 bis 44 und ihre verschiedenen Unterfiguren (d. h. (a), (b) usw.) erörtert. In Ausführungsformen kann die magnetische Struktur auf einem der Substrate gemäß irgendeiner dieser Ausführungsformen ausgebildet sein, während die mehreren Substrate weitere mehrere Substrate umfassen können, die mit der magnetischen Struktur und dem ersten Substrat verbunden und relativ dazu angeordnet sind, wie nachstehend erörtert.
Die magnetische Struktur, das Substrat, die Schaltung oder andere Strukturen der magnetischen Modulvorrichtung können beliebige der Ausführungsformen dieser Komponenten und ihrer Verbindungen und Anordnungen umfassen, die vorstehend im Hinblick auf andere Ausführungsformen der magnetischen Vorrichtung erörtert wurden.
49(a) stellt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Moduls 812 dar, das eine oder mehrere magnetische Strukturen (oder magnetische Strukturen auf Substraten) 816 und eine Substratstruktur mit mehreren Substraten 820 umfassen kann. 49(b) stellt eine Querschnittsseitenansicht des in 49(a) gezeigten Moduls dar. Die Substratstruktur kann mehrere Substrate 820 umfassen, die aufeinander geschichtet sind. In Ausführungsformen kann die Substratstruktur eine laminierte Substratstruktur mit mehreren laminierten Schichten sein.
Die eine oder die mehreren magnetischen Strukturen können an einen Substrat der Substratstruktur befestigt sein. Die magnetische Struktur 816 kann an einem Substrat der Substratstruktur so befestigt sein, dass die magnetische Struktur vollständig in die Substratstruktur eingebettet ist, wie in 49(b) gezeigt. Alternativ kann die magnetische Struktur an einem Substrat der Substratstruktur so befestigt sein, dass die magnetische Struktur an einer äußeren Oberfläche des Moduls freiliegt. 49(c)–49(d) stellen Querschnittsseitenansichten von Ausführungsformen des magnetischen Moduls ähnlich zu der in 49(a)–49(b) gezeigten dar, in denen jedoch die magnetische Struktur an einem Substrat der Substratstruktur so befestigt sein kann, dass die magnetische Struktur wie z. B. eine Oberfläche einer strukturierten Schicht oder eine beschichtete Oberfläche einer strukturierten Schicht an einer äußeren Oberfläche des Moduls freiliegt. In 49(c) können mehrere magnetische Strukturen 824 an einem Substrat der Substratstruktur so befestigt sein, dass die magnetischen Strukturen wie z. B. Oberflächen von strukturierten Schichten oder beschichtete Oberflächen von strukturierten Schichten an einer äußeren Oberfläche auf einer gleichen Seite des Moduls freiliegen. In 49(d) können mehrere magnetische Strukturen 828 an Substraten der Substratstruktur so befestigt sein, dass die magnetischen Strukturen wie z. B. Oberflächen von strukturierten Schichten oder beschichtete Oberflächen der strukturierten Schichten an äußeren Oberflächen auf unterschiedlichen, wie z. B. entgegengesetzten, Seiten des Moduls freiliegen.
Das Modul kann auch eine oder mehrere Komponenten, die an den Substraten der Substratstruktur befestigt sind, zusätzlich zur magnetischen Struktur umfassen. Die Komponenten können mit der magnetischen Struktur durch eine oder mehrere von leitfähigen Leiterbahnen oder Kontaktlöchern, die entlang oder durch die Substrate verlegt sind, elektrisch verbunden sein.
Die magnetische Struktur kann auf Öffnungen in mehreren Substraten physikalisch ausgerichtet sein. 50(a) stellt eine Ansicht einer Ausführungsform einer magnetischen Vorrichtung mit einer strukturierten Schicht 832 einer magnetischen Struktur in auseinandergezogener Anordnung mit einer Öffnung dar, die auf Öffnungen in mehreren Substraten 836, 840 einer Substratstruktur ausgerichtet ist. Die Substratstruktur kann die mehreren Substrate umfassen, die aufeinander gestapelt sind, wie beispielsweise in einem Modul. Die strukturierte Schicht kann zwischen zwei Substraten angeordnet sein, so dass eine Öffnung in der strukturierten Schicht auf Öffnungen in jedem der Substrate ausrichtet. Wie vorstehend im Hinblick auf 15-16 erörtert, kann die Ausrichtung der Öffnungen einen Bewegungsweg für eine andere Komponente oder Vorrichtung von einer Seite der magnetischen Vorrichtung zu einer anderen Seite der magnetischen Vorrichtung erzeugen. 50(b) stellt eine Seitenansicht einer Ausführungsform der in 50(a) gezeigten magnetischen Vorrichtung dar. Die strukturierte Schicht kann wahlweise innerhalb einer Aussparung angeordnet sein, die in einem oder mehreren der Substrate ausgebildet ist, um eine dichtere Packung der Substrate zu einer gestapelten Substratstruktur zu ermöglichen.
Die magnetische Struktur kann auch auf eine oder mehrere Öffnungen in einem Modul physikalisch ausgerichtet sein. 51(a)–51(b) stellen perspektivische und Querschnittsseitenansichten einer Ausführungsform eines magnetischen Moduls 844 dar, das eine oder mehrere magnetische Strukturen umfassen kann, die auf eine Öffnung 845 in einer Substratstruktur mit mehreren Substraten 848 ausgerichtet sind. Die Öffnung kann sich von einer Seite zu einer anderen Seite des Moduls durch mehrere Substrate 848 erstrecken. Die magnetischen Strukturen 852 können mit einem oder mehreren der Substrate auf den Seiten der Öffnung verbunden sein, so dass die magnetischen Strukturen der Öffnung ausgesetzt sind. 51(c) ist eine Querschnittsseitenansicht, die eine andere Ausführungsform eines magnetischen Moduls ähnlich zur in 51(b) dargestellten Ausführungsform darstellt, in der jedoch eine Öffnung sich von einer Seite des Moduls durch mehrere Substrate erstrecken und im Inneren des Moduls enden kann, und eine magnetische Struktur 853 mit einem oder mehreren der Substrate an der Unterseite der Öffnung verbunden sein kann, so dass die magnetische Struktur der Öffnung ausgesetzt ist. 51(d) ist eine perspektivische Ansicht, die eine andere Ausführungsform eines magnetischen Moduls ähnlich zur in 51(a)–51(b) dargestellten Ausführungsform darstellt, in der jedoch eine zusätzliche Öffnung 855 sich von einer dritten Seite des Moduls durch mehrere der Substrate zu einer vierten Seite des Moduls erstrecken kann, wobei die zusätzliche Öffnung die erste Öffnung schneidet.
Die magnetische Struktur kann auch in Zusammenhang mit einer Mikrofluidstruktur vorgesehen sein. 52(a) ist eine Querschnittsseitenansicht, die eine Ausführungsform eines Abschnitts der magnetischen Vorrichtung mit einem Mikrofluidkanal 857 und einer magnetischen Struktur 859 darstellt. Der Kanal kann einen Einlass 861, um eine Strömung von Fluid in einen ersten Kanalabschnitt 863 aufzunehmen, eine Kanalstruktur 865, um den Kanal in mehrere zweite Kanalabschnitte 867 zu trennen, und mehrere Auslässe, um eine Fluidausströmung aus den zweiten Kanalabschnitten zu schaffen, umfassen. Die magnetische Struktur kann eine oder mehrere strukturierte Schichten umfassen, die um einen Abschnitt des Kanals ausgebildet sind, wie z. B. eine strukturierte Schicht, die mit einer Wand verbunden oder benachbart zu dieser ausgebildet ist, die zumindest teilweise den Kanal bildet. Wie in 52(a) dargestellt, kann die magnetische Struktur beispielsweise eine erste strukturierte Schicht, die mit einer ersten Wand verbunden oder zu dieser benachbart ausgebildet ist, die zumindest teilweise den Kanal bildet, wie z. B. eine Schicht 869, die auf einer oberen Wand des Kanals ausgebildet ist, und eine zweite strukturierte Schicht, die mit einer zweiten Wand verbunden oder zu dieser benachbart ausgebildet ist, die zumindest teilweise den Kanal bildet, wie z. B. eine Schicht 871, die unter einer unteren Wand ausgebildet ist, die zumindest teilweise den Kanal bildet, umfassen.
Die strukturierte Schicht kann ein Material umfassen, das ein Magnetfeld erzeugt. In Ausführungsformen kann die strukturierte Schicht ein Material umfassen, das ein dauerhaftes Magnetfeld erzeugt. In 52(a) kann die strukturierte Schicht ein hartmagnetisches Material umfassen, das ein dauerhaftes Magnetfeld erzeugt. In anderen Ausführungsformen kann die strukturierte Schicht ein Material umfassen, das ein vorübergehendes Magnetfeld erzeugt. In solchen Ausführungsformen kann die magnetische Vorrichtung auch eine Spule umfassen, die mit der strukturierten Schicht in einer vorbestimmten Weise verbunden oder relativ dazu angeordnet ist, um ein Magnetfeld im Material festzulegen und/oder zu ändern. 52(b) ist eine Querschnittsseitenansicht, die eine andere Ausführungsform eines Abschnitts der magnetischen Vorrichtung mit einem Mikrofluidkanal und einer magnetischen Struktur, wie z. B. in 52(a) gezeigt, und leitfähigen Spulen 873, 875 darstellt. Die magnetische Struktur kann eine strukturierte Schicht mit einem weichmagnetischen Material umfassen, das ein vorübergehendes Magnetfeld erzeugt. Die leitfähigen Spulen können durch die zugehörige Schaltung der magnetischen Vorrichtung angesteuert werden, um ein Magnetfeld zu erzeugen, um das durch das Material erzeugte Magnetfeld festzulegen und/oder zu ergänzen, wie z. B. um eines oder mehrere eines statischen Magnetfeldes mit einer einzelnen Feldorientierung oder ein sich änderndes Magnetfeld mit sich ändernden Magnetfeldorientierungen zu schaffen.
Im Betrieb kann ein Fluid, das in den Kanal am Einlass strömt, mehrere verschiedene Typen von Partikeln mit verschiedenen Reaktionen auf Magnetfelder umfassen und die magnetische Struktur kann verwendet werden, um ein Magnetfeld zu schaffen, um die verschiedenen Typen von Partikeln in jeweilige unterschiedliche der zweiten Kanalabschnitte zu trennen. Wie in 52(a)–52(b) dargestellt, kann beispielsweise ein Fluid, das in den Kanaleinlass strömt, einen ersten Typ von Partikeln 877, die sich in einer ersten Richtung in Richtung eines ersten der zweiten Kanalabschnitte in Reaktion auf ein ausgewähltes angelegtes Magnetfeld bewegen können, und einen zweiten Typ von Partikeln 879, die sich in einer zweiten Richtung in Richtung eines ersten der zweiten Kanalabschnitte in Reaktion auf ein ausgewähltes angelegtes Magnetfeld bewegen können, umfassen. Die verschiedenen Typen von Partikeln können verschiedene Reaktionen auf das Magnetfeld infolge ihrer eigenen magnetischen Eigenschaften aufweisen. In anderen Ausführungsformen können das Fluid oder die zum Fluid zugegebenen Partikel eine Reaktion auf das Magnetfeld aufweisen, die eine Charakteristik der Fluidströmung erzeugt, wie z. B. einen Dichtegradienten, der die verschiedenen Typen von Partikeln gemäß ihrer Dichte trennen kann.
Die magnetische Vorrichtung kann Mikrofluid- und magnetische Strukturen, wie z. B. in 52(a)–52(b) gezeigt, in einer Vielfalt von Konfigurationen umfassen. 52(c) stellt eine Ausführungsform einer magnetischen Vorrichtung mit den Mikrofluid- und magnetischen Strukturen, wie z. B. in 52(a)–52(b) gezeigt, als eine oder mehrere Schichten in einer Mehrschichtstruktur dar. Die Schichten 881 der Mehrschichtstruktur können eine Vielfalt von Formen annehmen. In Ausführungsformen können die Schichten der Mehrschichtstruktur Schichten sein, die auf einem Substrat ausgebildet sind. In anderen Ausführungsformen können die Schichten der Mehrschichtstruktur Substrate einer Mehrsubstratstruktur wie z. B. eines magnetischen Moduls umfassen.
Die magnetische Vorrichtung kann eine magnetische Struktur umfassen, die mit einer Struktur eines Systems verbunden oder relativ dazu angeordnet ist. 53 stellt eine Ausführungsform der magnetischen Vorrichtung 883 als oder als Teil eines Systems mit der magnetischen Struktur dar, die mit einer Struktur des Systems verbunden oder relativ dazu angeordnet ist. Die magnetische Vorrichtung kann eine magnetische Struktur 885, eine Systemstruktur 887 und eine zugehörige Schaltung 889 umfassen. Die Systemstruktur kann irgendeine der Strukturen umfassen, die mit der magnetischen Struktur verbunden oder relativ dazu angeordnet sind, die im Hinblick auf irgendeine andere Ausführungsform der magnetischen Vorrichtung hier erörtert ist. Die magnetische Struktur, die Systemstruktur und die Schaltung können beliebige der Ausführungsformen dieser Komponenten und ihrer Verbindungen und Anordnungen von beliebigen Ausführungsformen der hier erörterten magnetischen Vorrichtung umfassen.
Die magnetische Vorrichtung kann auch eine magnetische Struktur mit mehreren ausgerichteten strukturierten Schichten umfassen. 54(a) stellt eine Ansicht einer Ausführungsform einer magnetischen Struktur mit mehreren strukturierten Schichten 872, die in einem Stapel angeordnet sind, in auseinandergezogener Anordnung dar. Jede der strukturierten Schichten kann eine Öffnung umfassen, die auf Öffnungen der anderen magnetischen Struktur in dem Stapel ausgerichtet ist. Jede der strukturierten Schichten kann auch wahlweise eine Grenze oder Form umfassen, die auf jene der anderen magnetischen Strukturen im Stapel ausgerichtet ist. Die strukturierten Schichten können jeweils separat ausgebildete strukturierte Schichten sein, wie z. B. vorstehend im Hinblick auf 10(a)–10(b) erörtert. 54(b) stellt eine perspektivische Ansicht der in 54(a) dargestellten magnetischen Struktur in nicht auseinandergezogener Anordnung dar.
Die magnetische Struktur kann auch mehrere ausgerichtete strukturierte Schichten umfassen, die in Kombination mit anderen Schichten angeordnet sind. 55(a) stellt eine Ansicht einer Ausführungsform einer magnetischen Struktur mit mehreren strukturierten Schichten 876 in auseinandergezogener Anordnung dar, die in Kombination mit anderen Schichten 880 in einem Stapel angeordnet sind. Jede der strukturierten Schichten und der anderen Schichten kann eine Öffnung umfassen, die auf Öffnungen der anderen Schichten im Stapel ausgerichtet ist. Jede der strukturierten Schichten kann auch wahlweise eine Grenze oder Form umfassen, die auf jene der anderen magnetischen Strukturen im Stapel ausgerichtet ist. Die strukturierten Schichten können jeweils separat ausgebildete strukturierte Schichten sein, wie z. B. mit oder ohne ein entsprechendes Substrat, wie vorstehend erörtert. Die anderen Schichten können ein nicht magnetisches Material wie z. B. ein Substrat, auf dem die strukturierten Schichten ausgebildet sein können, oder einen separaten Abstandhalter umfassen. 55(b) stellt eine perspektivische Ansicht der in 55(a) dargestellten magnetischen Struktur in nicht auseinandergezogener Anordnung dar.
Wie vorstehend erörtert, kann die magnetische Vorrichtung eine Schaltungsanordnung umfassen, die mit einer oder mehreren der magnetischen Struktur und anderen Vorrichtungsstrukturen elektrisch verbunden sein kann, um Funktionen wie z. B. Liefern, Empfangen, Aufbereiten und Bearbeiten von Signalen der magnetischen Struktur und anderen Vorrichtungsstrukturen zu schaffen.
Die magnetische Vorrichtung kann die Schaltung auf einem gleichen Substrat wie die magnetische Struktur beinhalten. Die magnetische Vorrichtung kann beispielsweise die Schaltung und die magnetische Struktur auf einer gleichen Seite eines Substrats, jeweils in einem separaten Bereich oder im gleichen Bereich beinhalten. Alternativ kann die magnetische Vorrichtung die Schaltung auf einer unterschiedlichen Seite eines Substrats von der magnetischen Struktur beinhalten. Die magnetische Vorrichtung kann auch die Schaltung auf einem anderen Substrat als jenem mit der magnetischen Struktur beinhalten.
Die magnetische Vorrichtung kann eine Schaltung umfassen, um eines oder mehrere von Empfangen und Bearbeiten eines elektrischen Signals von der magnetischen Struktur der magnetischen Vorrichtung, Erzeugen und Liefern eines elektrischen Signals zur magnetischen Struktur, Erzeugen und Liefern eines elektrischen Signals zu einer leitfähigen Spule oder Erzeugen und Liefern eines elektrischen Signals zu einem Sender, unter anderen Funktionen durchzuführen.
Die magnetische Vorrichtung kann beispielsweise eine Schaltung zum Empfangen und Bearbeiten von elektrischen Signalen von der magnetischen Struktur umfassen. 56 stellt eine Ausführungsform der magnetischen Struktur und einer Schaltung dar, die verwendet werden kann, um elektrische Signale von der magnetischen Struktur zu empfangen und zu bearbeiten. Die Schaltung kann eine Verstärkungsschaltung 900, einen Analog-Digital-Umsetzer (ADC) 904 und einen Prozessor oder eine Steuereinheit 908 umfassen. Die Verstärkungsschaltung 900 kann mit der magnetischen Struktur elektrisch gekoppelt sein, um eine Ausgabe der magnetischen Struktur zu empfangen und eines oder mehrere von Puffern oder Verstärken des von der magnetischen Struktur empfangenen Signals durchzuführen. Die Verstärkungsschaltung 900 kann einen oder mehrere Operationsverstärker umfassen, um das Puffern oder Verstärken durchzuführen. Der ADC 904 kann mit der Verstärkungsschaltung elektrisch gekoppelt sein, um eine Ausgabe der Verstärkungsschaltung 900 zu empfangen und das empfangene Signal von einer analogen in eine digitale Darstellung umzusetzen. Der ADC 904 kann einen oder mehrere eines Flash-ADC, eines Pipeline-ADC, eines Sigma-Delta-ADC, eines ADC mit sukzessiver Näherung usw. umfassen. Der Prozessor oder die Steuereinheit 908 kann mit dem ADC 904 elektrisch gekoppelt sein, um eine Ausgabe des ADC 904 zu empfangen und eines oder mehrere von Verarbeiten des empfangenen digitalisierten Signals, um Informationen aus dem digitalisierten Signal zu extrahieren, oder Erzeugen eines Steuersignals als Funktion des digitalisierten Signals durchzuführen.
Die magnetische Vorrichtung kann auch eine Schaltung umfassen, um ein elektrisches Signal zu erzeugen und zur magnetischen Struktur zu liefern. 57 stellt eine Ausführungsform der magnetischen Struktur und einer Schaltung dar, die verwendet werden kann, um ein elektrisches Signal zu erzeugen und zur magnetischen Struktur zu liefern. Die Schaltung kann einen Prozessor oder eine Steuereinheit 916, einen Digital-Analog-Umsetzer (DAC) 920 und eine Treiberschaltung 924 umfassen. Der Prozessor oder die Steuereinheit 916 kann ein Steuersignal erzeugen, das ein elektrisches Signal darstellt, das zur magnetischen Struktur geliefert werden soll. Der Prozessor oder die Steuereinheit 916 kann das Steuersignal als Funktion eines digitalisierten Signals erzeugen, das ein durch die magnetische Struktur ausgegebenes Signal oder ein anderes Signal darstellt. Der DAC 920 kann mit dem Prozessor oder der Steuereinheit elektrisch gekoppelt sein, um das durch den Prozessor oder die Steuereinheit 916 ausgegebene Steuersignal zu empfangen und das Steuersignal von einer digitalen in eine analoge Darstellung umzusetzen. Der DAC 920 kann einen oder mehrere eines R-2R-Leiter-DAC, eines Überabtast-DAC, eines Hybrid-DAC usw. umfassen. Die Treiberschaltung 924 kann mit dem DAC 920 elektrisch gekoppelt sein, um das aus dem DAC 920 ausgegebene analoge Signal zu empfangen und ein entsprechendes Ansteuersignal zur magnetischen Struktur zu liefern. Die Treiberschaltung 924 kann eines oder mehrere von Puffern oder Verstärken des Signals vom DAC 920 durchführen. Die Treiberschaltung 924 kann einen oder mehrere Transistoren umfassen, um das Puffern oder Verstärken durchzuführen.
Die magnetische Vorrichtung kann auch eine Schaltung umfassen, um ein elektrisches Signal zu erzeugen und zu einer leitfähigen Spule zu liefern. Die leitfähige Spule kann verwendet werden, um ein Magnetfeld zu erzeugen, um Eigenschaften der magnetischen Struktur festzulegen oder zu verändern, oder anderweitig in Zusammenhang mit dieser verwendet werden. 58 stellt eine Ausführungsform einer Schaltung dar, die verwendet werden kann, um ein elektrisches Signal zu erzeugen und zur leitfähigen Spule zu liefern. Die Schaltung kann einen Prozessor oder eine Steuereinheit 932, einen Digital-Analog-Umsetzer (DAC) 936 und eine Treiberschaltung 940 umfassen. Der Prozessor oder die Steuereinheit 932 kann ein Steuersignal erzeugen, das ein elektrisches Signal darstellt, das zur leitfähigen Spule geliefert werden soll. Der Prozessor oder die Steuereinheit 932 kann das Steuersignal als Funktion eines digitalisierten Signals erzeugen, das ein durch die magnetische Struktur ausgegebenes Signal oder ein anderes Signal darstellt. Der DAC 936 kann mit dem Prozessor oder der Steuereinheit elektrisch gekoppelt sein, um das durch den Prozessor oder die Steuereinheit 932 ausgegebene Steuersignal zu empfangen und das Steuersignal von einer digitalen in eine analoge Darstellung umzusetzen. Der DAC 936 kann einen oder mehrere eines R-2R-Leiter-DAC, eines Überabtast-DAC, eines Hybrid-DAC usw. umfassen. Die Treiberschaltung 940 kann mit dem DAC 936 elektrisch gekoppelt sein, um das vom DAC 936 ausgegebene analoge Signal zu empfangen und ein entsprechendes Ansteuersignal zur leitfähigen Spule zu liefern. Die Treiberschaltung 940 kann eines oder mehrere von Puffern oder Verstärken des Signals vom DAC 936 durchführen. Die Treiberschaltung 940 kann einen oder mehrere Transistoren umfassen, um das Puffern oder Verstärken durchzuführen.
Die magnetische Vorrichtung kann auch eine Schaltung umfassen, um ein elektrisches Signal auf der Basis eines Signals von der magnetischen Struktur zu erzeugen und zu liefern, wie z. B. Darstellen eines Magnetfeldes oder eines Stroms, der durch die magnetische Struktur erfasst wird, zur Übertragung. 59 stellt eine Ausführungsform eines Magnetsensors und einer Schaltung dar, die verwendet werden kann, um ein elektrisches Signal zu erzeugen und zu einem Sendeelement zu liefern. Die Schaltung kann eine Verstärkungsschaltung 945, einen ADC 947, einen Sender 949 und ein Sendeelement 951 wie z. B. eine leitfähige Spule, eine Antenne usw. umfassen. Die Verstärkungsschaltung und der ADC können konfiguriert sein und arbeiten, wie vorstehend im Hinblick auf die Schaltung von 49 erörtert. Die Senderschaltung kann mit dem ADC elektrisch gekoppelt sein, um das vom ADC ausgegebene digitale Signal zu empfangen und ein entsprechendes Sendeansteuersignal zum Sendeelement zu liefern.
In Ausführungsformen, in denen die magnetische Struktur einen Magnetsensor wie z. B. einen anisotropen magnetoresistiven Sensor oder einen anderen magnetoresistiven Sensor bildet, können mehrere Ausführungsformen der Verstärkungs- und Treiberschaltungen vorgesehen sein. 60 stellt eine Ausführungsform eines Magnetsensors 960 und einer Verstärkungsschaltung 964 dar, um eine Ausgabe zu liefern, die ein erfasstes Magnetfeld darstellt. Die Verstärkungsschaltung kann einen einzelnen Operationsverstärker umfassen und der Magnetsensor kann einen einzelnen Magnetwiderstand 968 umfassen. 61 stellt eine Ausführungsform eines Magnetsensors 968 und einer Verstärkungsschaltung und einer Linearisierungsschaltung 972 dar, um eine linearisierte Ausgabe zu liefern, die ein erfasstes Magnetfeld darstellt. Die Verstärkungs- und Linearisierungsschaltung kann einen einzelnen Operationsverstärker umfassen und der Magnetsensor kann einen einzelnen Magnetwiderstand umfassen. 62 stellt eine andere Ausführungsform eines Magnetsensors 976, einer Verstärkungsschaltung 980 und einer Linearisierungsschaltung 984 dar, um eine linearisierte Ausgabe zu liefern, die ein erfasstes Magnetfeld darstellt. Die Verstärkungs- und Linearisierungsschaltungen können jeweils einen Operationsverstärker umfassen und der Magnetsensor kann einen einzelnen Magnetwiderstand umfassen. 63 stellt eine Ausführungsform eines Magnetsensors 988 und einer Verstärkungsschaltung und Linearisierungsschaltung 992 dar, um eine Ausgabe zu liefern, die ein erfasstes Magnetfeld darstellt. Die Verstärkungs- und Linearisierungsschaltung kann einen einzelnen Operationsverstärker umfassen und der Magnetsensor kann ein Paar von Magnetwiderständen umfassen. 64 stellt eine Ausführungsform eines Magnetsensors 996, einer Verstärkungsschaltung 1000 und einer Linearisierungsschaltung 1004 dar, um eine linearisierte Ausgabe zu liefern, die ein erfasstes Magnetfeld darstellt. Die Verstärkungs- und Linearisierungsschaltungen können jeweils einen Operationsverstärker umfassen und der Magnetsensor kann ein Paar von Magnetwiderständen umfassen. In anderen Ausführungsformen kann die Verstärkungsschaltung zum Liefern einer Ausgabe, die ein erfasstes Magnetfeld darstellt, einen oder mehrere Steilheitsoperationsverstärker umfassen.
Der Magnetsensor kann auch angesteuert werden, um Signale des Sensors vorzuspannen, anzusteuern oder zu modulieren. 65 stellt eine Ausführungsform eines Magnetsensors 1008 und einer Treiberschaltung 1012 dar, die verwendet werden kann, um Signale des Magnetsensors vorzuspannen, anzusteuern oder zu modulieren. Der Magnetsensor und die Treiberschaltung von 65 können auch bei Ausführungsformen einer Verstärkungsschaltung wie z. B. irgendeiner der Ausführungsformen der Verstärkungs- und/oder Linearisierungsschaltungen in 60–64 verwendet werden.
Ausführungsformen der Schaltung der magnetischen Vorrichtung können irgendeine Teilmenge oder Kombination von Komponenten von irgendeiner der hier erörterten Schaltungen umfassen. Die Schaltung kann beispielsweise eine oder mehrere Komponenten von irgendeiner der hier erörterten Schaltungen umfassen. Die Schaltung kann auch eine oder mehrere Komponenten von einer oder mehreren der hier erörterten Schaltungen umfassen, die in irgendeiner Reihenfolge angeordnet sind, wie z. B. einer Reihenfolge, die von der in den beispielhaften Figuren gezeigten verschieden ist. Die Schaltung kann auch Komponenten zusätzlich zu den Komponenten oder irgendeiner Teilmenge von Komponenten der hier erörterten Schaltungen umfassen.
Signale von und zwischen den Schaltungen und Unterschaltungen, die vorstehend erörtert sind, können entweder unsymmetrische oder Differentialsignale sein.
Die hier erörterten strukturierten Schichten können als Dünnfilme ausgebildet werden, wie z. B. Schichten, die durch Substratbearbeitung einer integrierten Schaltung hergestellt werden. Alternativ können die hier erörterten strukturierten Schichten relativ dicke Filme sein, wie z. B. Schichten, die durch Siebdrucken oder andere Dickfilmprozesse hergestellt werden.
Irgendein Merkmal von irgendeiner der Ausführungsformen der hier beschriebenen magnetischen Vorrichtung kann wahlweise in irgendeiner anderen Ausführungsform der magnetischen Vorrichtung verwendet werden. Ausführungsformen der magnetischen Vorrichtung können beispielsweise irgendeine Kombination von irgendeiner Ausführungsform der hier erörterten magnetischen Struktur mit irgendeiner Ausführungsform der anderen hier erörterten Vorrichtungsstruktur und irgendeiner Ausführungsform der hier erörterten Schaltung umfassen. Ausführungsformen der magnetischen Vorrichtung können wahlweise auch irgendeine Teilmenge der Komponenten oder Merkmale der hier erörterten magnetischen Vorrichtung umfassen. Ausführungsformen der magnetischen Vorrichtung können beispielsweise wahlweise irgendeine Kombination von irgendeiner Ausführungsform der hier erörterten magnetischen Struktur mit irgendeiner Ausführungsform der anderen hier erörterten Vorrichtungsstruktur umfassen, während die Schaltung weggelassen wird.

Claims

Magnetische Vorrichtung, die Folgendes aufweist: eine magnetische Struktur mit einer strukturierten Materialschicht, die eine Reaktion auf ein Magnetfeld erzeugt; eine Vorrichtungsstruktur, die mit der magnetischen Struktur physikalisch verbunden oder relativ zu dieser angeordnet ist; und eine Schaltung, die mit dem Magnetsensor elektrisch gekoppelt ist.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die strukturierte Materialschicht mehrere ähnlich geformte Abschnitte aufweist.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die strukturierte Materialschicht mehrere konzentrisch geformte Abschnitte aufweist.
Magnetische Vorrichtung nach einem der vohergehenden Ansprüche, wobei die magnetische Struktur einen anisotropen magnetoresistiven Sensor aufweist.
Magnetische Vorrichtung nach einem der vohergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtungsstruktur eine Gehäuseöffnung aufweist, um die magnetische Struktur einer Umgebung außerhalb des Gehäuses auszusetzen.
Magnetische Vorrichtung nach einem der vohergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtungsstruktur eine Oberfläche auf einem Halbleitersubstrat aufweist.
Magnetische Vorrichtung nach einem der vohergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtungsstruktur eine Aussparung eines Substrats aufweist.
Magnetische Vorrichtung nach einem der vohergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtungsstruktur eine Oberfläche an einer Kappe an einem Substrat aufweist.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 8, die ferner eine mikromechanische Struktur aufweist, die innerhalb der Kappe eingeschlossen ist.
Magnetische Vorrichtung nach einem der vohergehenden Ansprüche, wobei die Schaltung angeordnet ist, um ein elektrisches Signal zu empfangen und zu verarbeiten, das das Magnetfeld darstellt.
Magnetische Vorrichtung nach einem der vohergehenden Ansprüche, wobei die Schaltung eine analoge Schaltung aufweist, die dazu konfiguriert ist, ein elektrisches Signal von der magnetischen Struktur zu verstärken.
Magnetische Vorrichtung nach einem der vohergehenden Ansprüche, die ferner eine Antenne aufweist, um ein Signal als Funktion eines durch die magnetische Struktur ausgegebenen elektrischen Signals zu senden.
Magnetische Vorrichtung nach einem der vohergehenden Ansprüche, wobei die magnetische Struktur in einem Magnetsensor enthalten ist.
Magnetische Vorrichtung nach einem der vohergehenden Ansprüche, wobei die magnetische Struktur in einem Magnetflusskonzentrator enthalten ist.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei der Magnetflusskonzentrator eine zweite strukturierte Materialschicht mit einem anderen Flussoberflächenbereich als das Material der strukturierten Schicht aufweist.
Magnetische Vorrichtung nach einem der vohergehenden Ansprüche, wobei die magnetische Struktur in einer mikromechanischen Struktur enthalten ist, die angeordnet ist, um in Reaktion auf das Magnetfeld zu betätigen.
Magnetische Vorrichtung nach einem der vohergehenden Ansprüche, die ferner eine Verbundschicht mit mehreren Abschnitten der strukturierten Materialschicht aufweist, die durch ein zweites Material getrennt sind.
Magnetische Vorrichtung nach einem der vohergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtungsstruktur eine Öffnung aufweist, die sich durch die mehreren Substrate erstreckt.
Magnetische Vorrichtung nach einem der vohergehenden Ansprüche, wobei die Schaltung mindestens eine leitfähige Spule aufweist.
Magnetische Vorrichtung, die Folgendes aufweist: eine Kappe, die an einem Substrat montiert ist; eine Substratstruktur unter einem oberen Abschnitt der Kappe; und eine magnetische Struktur am oberen Abschnitt der Kappe, wobei die magnetische Struktur eine strukturierte Schicht aus magnetischem Material aufweist.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 20, die ferner eine leitfähige Verdrahtung aufweist, um die magnetische Struktur mit der Substratstruktur elektrisch zu verbinden.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei die Substratstruktur eine integrierte Schaltungsanordnung aufweist.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 20, 21 oder 22, die ferner eine leitfähige Spule auf der Oberfläche der Kappe aufweist.
Magnetische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 23, die ferner einen Magnetflusskonzentrator aufweist, der sich in einer Richtung im Wesentlichen orthogonal zur magnetischen Struktur erstreckt.
Magnetische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 24, wobei die Substratstruktur eine mikromechanische Struktur aufweist.
Magnetische Vorrichtung, die Folgendes aufweist: einen Magnetsensor mit einem strukturierten magnetoresistiven Material; eine Schaltung, die mit dem Magnetsensor elektrisch gekoppelt ist; und einen Magnetflusskonzentrator mit einem strukturierten magnetischen Material, um ein Magnetfeld in Richtung des Magnetsensors zu lenken, wobei der Magnetflusskonzentrator ein magnetisches Material auf entgegengesetzten Seiten des Magnetsensors aufweist.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 26, wobei der Magnetflusskonzentrator zwei strukturierte Schichten des magnetischen Materials mit verschiedenen Flussoberflächenbereichen aufweist.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei das magnetische Material der zwei strukturierten Schichten sich zu einer unterschiedlichen Höhe von einem Substrat erstreckt, auf dem sie angeordnet sind.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei das magnetische Material von einer der zwei strukturierten Schichten sich auf einer Oberfläche einer Aussparung in einem Substrat befindet.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei der Magnetsensor einen anisotropen magnetoresistiven Sensor aufweist.