DE112013004975T5

DE112013004975T5 - Monolithischer Drei-Achsen-Magnetfeldsensor

Info

Publication number: DE112013004975T5
Application number: DE112013004975.9T
Authority: DE
Inventors: Paul Zavracky; Yongyao Cai; Leyue Jiang; Yang Zhao; Shuo Gu
Original assignee: Memsic Inc
Current assignee: Memsic Inc
Priority date: 2012-10-12
Filing date: 2013-10-10
Publication date: 2015-08-13
Also published as: JP2015532429A; CN104755948B; TWI604209B; TW201423136A; US20150285873A1; JP6312686B2; US9658298B2; WO2014059110A1; CN104755948A

Abstract

Ein Drei-Achsen-Magnetsensor oder Magnetometer wird geschaffen. Zwei Magnetsensor-Wheatstone-Brücken mit Barberpole-AMR-Strukturen sind auf gegenüberliegenden Seiten einer Höckerstruktur angeordnet, die auf einem Substrat ausgebildet ist, um Flächen zu schaffen, die sich in einem vorbestimmten Winkel in Bezug auf die flache Fläche des Substrats befinden. Die Brücken-Anordnung ist entlang der Y-Achse orientiert und die Brücken sind so miteinander verbunden, dass Y- und Z-Kanal-Signale durch Verarbeitung der Brückensignale erzeugt werden können. Die X-Kanal-Signale werden von einem X-Achsen-Sensor bereitgestellt, der auf der ebenen Fläche des Substrates vorgesehen ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Multi-Achsen-Magnetsensoren und Magnetometer, wie Drei-Achsen-Magnetsensoren, sind für moderne elektronische Kompass-Anwendungen besonders wünschenswert. Bekannte magnetoresistive (MR) Sensoren, wie AMR (anisotrope MR) Sensoren, GMR (Riesen-MR) Sensoren, TGMR (tunnelnde GMR) Sensoren und dergleichen können jedoch nur Magnetfluss detektieren, der parallel zur Vorrichtungsebene ist und können Fluss nicht detektieren, der senkrecht zur Vorrichtungsebene ist. Andererseits können Hall-Effekt-Sensoren Magnetfluss detektieren, der senkrecht zur Vorrichtungsebene ist, d. h. entlang der Z-Achse, aber können Magnetfluss parallel zur Vorrichtungsebene, d. h. in der XY-Ebene, nicht detektieren. Demnach sind komplexe geometrische Anordnungen dieser Sensoren erforderlich, um alle drei Achsen mit einem einzigen Gerät zu messen.
Eine der häufigsten Typen von Magnetfeldsensoren ist der gut bekannte magnetoresistive (MR) Sensor, wobei im Allgemeinen der Widerstand des Sensors variiert, entsprechend eines lokalen Magnetfeldes, das in der gleichen Ebene orientiert ist wie die Magnetoresistanz. Barberpole-Strukturen werden hinzugefügt, um ein Erfassen des Magnetfeldes entlang einer Achse zu ermöglichen, um Richtungs- oder den Vektorinformationen hinzuzufügen. Magnetoresistive Sensoren wurden bereits erfolgreich in elektronischen Kompass-Anwendungen verwendet, mittels zweier Sensoren zum Ermitteln des Magnetflusses in der gleichen Ebene wie die Fläche auf der sie befestigt sind, (X, Y), mit einem zusätzlichen Sensor in einer bestimmten Weise befestigt, so dass das empfindliche Element richtig ausgerichtet ist, um die Komponente des Magnetfeldes orthogonal (Z) zur Ebene des Systems zu erfassen.
Es gibt viele bekannte Methoden zur Herstellung eines Magnetsensors mit Drei-Achsen-Empfindlichkeit. Ein Ansatz ist es, einen Z-Achsen-Sensor der gleichen Technologie wie die X- und Y-Achsen-Sensoren in orthogonaler Anordnung zu dem Zwei-Achsen-XY-Sensor zusammenzupacken. Beispielsweise sind drei Sensoren separat verkapselt, bevor sie auf eine gedruckte Schaltung als Modul gelötet werden. In diesem Fall ist der orthogonale Z-Achsen-Sensor entlang der Achse orthogonal zu der gedruckten Schaltung direkt befestigt, anstatt entlang der Ebene, wie beispielsweise in U.S. Patent 7,271,586 . Diese spezielle orthogonale Achsen-Sensor-Befestigung kann aber technisch anspruchsvoll sein und die Herstellungskosten signifikant erhöhen, sowie zu einer Zunahme in der Dicke des Endproduktes führen.
Ein anderer Ansatz verwendet zwei Typen von Sensortechnologien, die auf einer gemeinsamen Pressform angeordnet sind, mit einem dazu konstruiert senkrechte Magnetfluss-Signale zu erkennen und der andere dazu konstruiert horizontale Magnetfluss-Signale zu erkennen.
Multi-Achsen-Empfindlichkeit kann auch durch Aufbau von Sensoren auf einer geneigten Fläche erreicht werden. Zum Beispiel beschreibt U.S. Patent 7,126,330 eine Vorrichtung, wobei zwei Magnetfeld-Erkenn-Vorrichtungen an einer ersten Fläche vorgesehen sind, zum Erfassen komplanarer orthogonaler X-,Y-Achsen und eine dritte Magnetfeld-Erkenn-Einheit so in einem Schlitz angeordnet ist, der in der ersten Fläche geschaffen ist, um den Magnetfluss in der Z-Achse zu erfassen. Das Patent '330 ist jedoch durch die Genauigkeit limitiert mit der die Schrägwende des Schlitzes gemacht werden können, da sie den gleichen Neigungswinkel aufweisen.
Es gibt Nachteile verbunden mit jedem der bekannten Ansätze. Kombiniert man beispielsweise einen Z-Achsen-Magnetfeldsensor, dessen Erfassungsrichtung senkrecht zu der Vorrichtungs-(XY-)Ebene ist, mit einem X- oder y-Achsen-Magnetfeldsensor(en), braucht man eine oder mehrere zusätzliche Aufbringungsschritte um den Z-Achsen-Magnetfeldsensor senkrecht ohne signifikante Winkelvariation zu installieren. Die zusätzlichen Aufbringungsschritte fügen dem gesamten Produktherstellungsprozess signifikante Kosten hinzu. Ferner wird durch eine Variation des Positionswinkels die Signalverarbeitung verkompliziert, da Übersprechsignale aus der XY-Ebene eingebracht werden, wenn die Z-Achsen-Magnetfeldsensoren nicht perfekt senkrecht sind.
Es besteht daher ein Bedarf für ein Niedrigprofil-, kostengünstigen, aber dennoch leistungsstarken Drei-Achsen-Magnetfeldsensor, der in einem großen Volumen durch einen einfachen Herstellungsprozess hergestellt werden kann.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Drei-Achsen-Magnetsensor oder Magnetometer wird geschaffen. Zwei Magnetsensor-Wheatstone-Brücken mit Barberpole-AMR-Strukturen sind auf gegenüberliegenden Seiten einer Höckerstruktur hergestellt, die auf einem Silizium- oder einem anderen Substrat oder Wafer ausgebildet ist, beispielsweise auf Flächen, die in einem vorbestimmten Winkel in Bezug auf die flache Fläche des Substrats sind. In einer Ausführungsform ist die Höckerstruktur aus SiO₂ auf einem Silizium-Substrat unter Verwendung bekannter fotolithografischer Techniken ausgebildet. Alternativ kann die Höckerstruktur aus Al₂O₃, Si₃N₄, Polymide, ausgebackenem Fotolack oder anderen Materialien sein, auf welchem der Magnetsensor hergestellt werden kann. Der Neigungswinkel der Höcker-Struktur kann variieren und ist nur durch den fotolithografischen Prozess begrenzt.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Brücken-Anordnung entlang der Y-Achse orientiert und die Brücken sind so miteinander verbunden, dass das Y- und das Z-Kanal-Signal durch Verarbeitung der Brücken-Signale erzeugt werden kann. Das X-Kanal-Signal kann durch einen X-Achsen-Sensor bereitgestellt werden, der auf der ebenen Fläche des Substrates oder Wafers bereitgestellt ist.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die Brücken-Anordnung entlang der X-Achse orientiert sein, um X- und Z-Kanal-Signale zu erzeugen. In diesem Fall können die Y-Kanal-Signale durch einen Y-Achsen-Sensor auf der ebenen Fläche des Substrates oder Wafers bereitgestellt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
Verschiedene Aspekte wenigstens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindungen werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erörtert. Es versteht sich, dass für Einfachheit und Klarheit der Veranschaulichung, die in den Zeichnungen gezeigten Elemente nicht notwendigerweise genau gezeichnet oder skaliert sind. Beispielsweise können Abmessungen einiger der Elemente übertrieben gegenüber anderen Elementen aus Gründen der Klarheit sein, aber auch mehrere physische Komponenten können in einem funktionellen Block oder Element enthalten sein. Ferner wurden Bezugszeichen zwischen den Figuren wiederholt, wo es als angemessen erachtet wurde, um übereinstimmende oder analoge Elemente anzuzeigen. Aus Gründen der Klarheit kann es sein, dass nicht jede Komponente in jeder Zeichnung beschriftet ist. Die Figuren sind zum Zwecke der Veranschaulichung und Erläuterung bereitgestellt und sind nicht als Definition der Grenzen der Erfindung vorgesehen. In den Figuren:
1A und 1B sind schematische Darstellungen einer konzeptionellen Darstellung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2A und 2B sind schematische Schaltpläne einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3A und 3B sind schematische Darstellungen eines Entwurfs einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 ist eine schematische Darstellung einer Barberpole-AMR-Komponente bereitgestellt auf einer Höcker-Struktur in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5A und 5B sind schematische Schaltpläne in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 ist eine schematische Darstellung eines physischen Entwurfs einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7 ist ein schematischer Schaltplan in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 ist eine schematische Darstellung eines Entwurfs einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
9 ist ein schematischer Schaltplan in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie in 8 gezeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In der folgenden detaillierten Beschreibung werden zahlreiche spezifische Details dargestellt, um ein gründliches Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bereitzustellen. Es wird durch einen Fachmann auf dem Gebiet verstanden, dass diese Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ohne einige dieser spezifischen Einzelheiten ausgeführt werden können. In anderen Fällen können wohlbekannte Verfahren, Prozeduren, Komponenten und Strukturen nicht im Detail beschrieben worden sein, um nicht die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu verschleiern.
Bevor wenigstens eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail erläutert wird, ist zu verstehen, dass die Erfindung nicht in ihrer Anwendung auf die Details der Konstruktion und die Anordnung der Komponenten, die in der folgenden Beschreibung dargelegt oder in den Zeichnungen dargestellt sind, begrenzt ist. Die Erfindung ist für andere Ausführungsformen geeignet oder dazu in der Praxis anders angewendet oder ausgeführt zu werden. Es ist auch zu verstehen, dass die Ausdrucksweise und Terminologie, die hierin verwendet werden, zum Zweck der Beschreibung verwendet werden und nicht als einschränkend betrachtet werden sollen.
Es versteht sich, dass bestimmte Merkmale der Erfindung, die zur Klarheit im Zusammenhang mit verschiedenen Ausführungsformen beschrieben sind, auch in Kombination in einer einzigen Ausführungsform bereitgestellt werden können. Umgekehrt können verschiedene Merkmale der Erfindung, die der Kürze halber im Zusammenhang mit einer einzigen Ausführungsform beschrieben worden sind, auch getrennt oder in jeder geeigneten Unterkombination bereitgestellt werden.
Im Allgemeinen und als Überblick nun unter Bezugnahme der 1A, umfasst ein Drei-Achsen-Magnetometer 100 ein flaches Substrat 104, beispielsweise ein Silizium-Substrat. Ein Höcker 108 ist auf der Fläche 104 durch den Einsatz irgendeines bekannten Waferprozesses erzeugt worden, beispielsweise durch Fotolithografie, bei der das Substrat 104 zuerst mit SiO₂ bedeckt und anschließend Fotolack auf das SiO₂ bedeckte Substrat 104 gesponnenen und gemustert wird. Durch einen thermischen Wiederaufschmelzschritt wird eine fotoresistive Seitenwand abgerundet. Ein nachfolgender Trockenätzprozess entfernt dann das Fotolack sowie das SiO₂ zur gleichen Zeit. Als Ergebnis wird ein Muster- und Seitenprofil in das SiO₂ übertragen. Die Höcker-Struktur 108 kann aus SiO₂ sein oder andere Materialien, umfassend Al₂O₃, Si₃N₄, Polymide, ausgebackenem Fotolack, Silizium etc. Der Neigungswinkel kann variieren, solange er nicht zu steil für den fotolithografischen Prozess ist.
Der Höcker 108 umfasst eine aufwärts-geneigte Fläche 112 und eine abwärtsgeneigte Fläche 116. Die Verwendung von „aufwärts” und „abwärts” ist lediglich zur Erläuterung, um Kennzeichnung für die beiden Flächen 112, 116 bereitzustellen, um die Erklärung der Erfindung zu unterstützen. Eine erste Wheatstone-Brücke WBy ist auf der Aufwärts-Fläche 112 bereitgestellt und eine zweite Wheatstone-Brücke WBz ist auf der Abwärts-Fläche 116 bereitgestellt. Eine dritte Wheatstone-Brücke WBx ist auf dem ebenen Substrat 104 bereitgestellt. Jede dieser Brücken umfasst Barberpole-(BBP-)Resistoren, wie aus dem Stand der Technik bekannt.
Als eine Konvention ist WBx ausgerichtet ein Magnetfeld entlang der X-Achse zu erfassen, wie dargestellt. Die Z-Achse ist definiert als senkrecht zur ebenen Fläche 104, wie in 1B gezeigt, welche eine Seitenansicht von 1A ist, während die Y-Achse komplanar mit der X-Achse ist, aber senkrecht dazu. Wie aus 1B ersichtlich ist, detektieren somit die beiden Brücken WBy und Wbz auf den geneigten Flächen 112, 116 ein Magnetfeld, das Komponenten aus jeder der Y- und Z-Achsen hat. Da die Neigungswinkel gleich sind und wie unten detaillierter beschrieben werden wird, können die Signale von den beiden Brücken WBy, WBz so verarbeitet werden, dass die Werte in der entsprechenden Y- und Z-Achse erhalten werden. Die Anordnung der beiden Brücken WBy und WBz kann hier als Y-Z-Detektor bezeichnet werden.
Bezugnehmend nun auf 2A umfasst die Brücke WBy vier BBP-Resistoren R1–R4, die in bekannter Wheatstone-Brücken-Konfiguration angeordnet sind. Zwei Signale Y+, Y– repräsentieren die Abgriffe, die verwendet werden die magnetische Feldstärke entlang der Achsen komplanar und senkrecht zu den Resistoren R1–R4 zu bestimmen. Da die Brücke WBy in einem Winkel auf der Aufwärts-Fläche 112 ist, hat das von der Brücke WBy gemessene Magnetfeld Komponenten der Y- und der Z-Achsen. In ähnliche Weise umfasst die Brücke WBz vier BBP-Resistoren R5–R8, die auch in bekannter Wheatstone-Brücken-Konfiguration angeordnet sind. Zwei Signale Z+, Z– repräsentieren die Abgriffe, die verwendet werden die magnetische Feldstärke entlang der Achsen komplanar und senkrecht zu den Resistoren R5–R8 zu bestimmen. Da die Brücke WBz in einem Winkel auf der Abwärts-Fläche 116 ist, hat auch das von der Brücke WBz gemessene Magnetfeld Komponenten der Y- und der Z-Achsen, wenngleich die Abgriffe der Brücke WBz so angeordnet sind, die Y-Achsen-Komponenten entgegensetzt zu der der Brücke WBy anzuzeigen.
Die X- und Y-Achsen in 2A sind in der Zeichenebene, während die Z-Achse nach oben aus der Zeichenebene herauskommt, dargestellt durch einen Punkt am Schnittpunkt der X- und Y-Achsen.
Im Betrieb wird ein erster Differenzverstärker 204 verwendet, um die Differenz ΔVy zwischen Y+ und Y– als Indikativ auf das Magnetfeld, ermittelt durch WBy, zu bestimmen und ein zweiter Differenzverstärker 208 bestimmt die Differenz ΔVz zwischen Z+ und Z– als Indikativ des Magnetfeldes, ermittelt durch WBz. Um das Magnetfeld Vz entlang der Z-Achse zu bestimmen, werden ΔVz und ΔVy unter Einsatz eines ersten Addierers 212 zusammen addiert, um die entgegengesetzten Y-Achsen-Komponenten in jedem der Signale ΔVz und ΔVy „aufzuheben”. Das Magnetfeld Vy entlang der Y-Achse wird bestimmt durch Subtrahieren ΔVz von ΔVy unter Verwendung eines Subtrahierers 216, um die Z-Achsen-Komponenten „aufzuheben”.
Wie in 2A gezeigt, arbeitet die Brücke WBx entsprechend bekannter Prinzipien und ein dritter Differenzverstärker 220 bestimmt Vx durch bilden der Differenz zwischen X+ und X–.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Mehrzahl von Höckern B1–B8 bereitgestellt, wie in 3A und 3B gezeigt. Jeder Höcker B1–B8 weist eine Aufwärts- und Abwärts-Fläche 112, 116 auf, wie oben definiert wurde. Dies ist aus der Richtung 3A-3A in 3B gezeigt. Wie unten beschrieben werden wird, werden die Brücken WBy und WBz über die Höcker B1–B8 verteilt, um das Magnetfeld entlang der Y-, Z-Achsen zu ermitteln.
Wie oben bereits diskutiert worden ist, weist jeder Resistor R1–R8 in den Brücken WBy und WBz eine BBP-Struktur 404 auf. Diese BBP-Strukturen 404 umfassen einen AMR-Material-Streifen 408 und leitfähige Riemen 412, angeordnet auf der Aufwärts- und Abwärts-Fläche 112, 116, wie in 4A gezeigt. Eine gute Beschreibung von AMR-Sensor-Einheiten kann in dem oben diskutierten U.S. Patent 7,126,330 gefunden werden. Als eine Konvention in der folgenden Beschreibung ist die BBP-Struktur 404 auf der Aufwärts-Fläche 112 als Vorwärts-BBP bezeichnet, z. B. sind die leitfähigen Riemen in der ////////-Richtung, während die die BBP-Struktur 404 auf der Abwärts-Fläche 116 als Rückwärts-BBP bezeichnet also leitfähigen Riemen in der \\\\\\\\-Richtung sind, die Angaben sind jeweils in Bezug auf das Magnetfeld H, dargestellt durch den Pfeil H.
Da es acht Höcker B1–B8 sind, ist jeder der acht Resistoren R1–R8 der zwei Brücken WBy, WBz in ein resistives Element A und B unterteilt, wie schematisch in 5A und 5B gezeigt.
Die Resistoren R1–R4 der Brücke WBy sind, wie oben, auf der Aufwärts-Fläche 112 der Höcker B1–B8 verteilt, wobei die Resistoren R1–A, R1–B, R3–A und R3–B Vorwärts-BBPs und die Resistoren R2–A, R2–B, R4–A und R4–B Rückwärts-BBPs sind. Die Resistoren R5–R8 der Brücke WBz sind auf der Abwärts-Fläche 116 der Höcker B1–B8 verteilt, wobei die Resistoren R5-A, R5-B, R7-A und R7-B Rückwärts-BBPs und die Resistoren R6-A, R6-B, R8-A und R8-B Vorwärts-BBPs sind.
Bezugnehmend auf 6 sind die resistiven Elemente R1-A, R1-B, ..., R8-A und R8-B über die Höcker B1–B8 verteilt. Vorteilhafterweise werden alle Prozessabweichungen oder geringen Unterschiede in den Winkeln der geneigten Flächen der Höcker durch die wechselseitige Verzahnung der resistiven Elemente der beiden Brücken WBy und WBz gemittelt.
Ein elektrisches Schema der beiden Brücken WBy, WBz und der jeweiligen Höcker B1–B8 ist in 7 dargestellt. Wie gezeigt, sind die beiden Brücken miteinander wechselseitig verzahnt durch Positionieren entsprechender Resistoren auf gegenüberliegenden Seiten desselben Höckers. Beispielsweise umfasst Höcker B3 Vorwärts-Resistor-Element R1-A auf der Aufwärts-Fläche 112 und Rückwärts-Resistor-Element R5-A auf der Abwärts-Fläche 116 des Höckers 3.
In der vorstehenden Ausführungsform wird der Y-Z-Detektor in Verbindung mit einem X-Achsen-Detektor verwendet, um Magnetfeld-Messungen in allen drei Achsen unter Verwendung einer integrierten Vorrichtung zu erreichen. In einer alternativen Ausführungsform wird der X-Achsen-Detektor durch zwei zusätzliche Wheatstone-Brücken auf einem zweiten Satz von Höckern, die orthogonal orientiert sind zu den Höckern die den Y-Z-Detektor machen, ersetzt.
Somit wird, wie in 8 gezeigt, ein X-Z-Detektor mit der gleichen Konstruktion wie der obige Y-Z-Detektor in dem Substrat und orthogonal zu dem Y-Z-Detektor bereitgestellt. Wie gezeigt, umfasst der X-Z-Detektor Höcker B9–16 mit entsprechenden Aufwärts- und Abwärts-Flächen und BBP-Resistor-Elementen, so konstruiert wie der bereits beschriebene Y-Z-Detektor. Demnach ist eine Höcker-Achse BAy der Aufwärts-/Abwärts-Flächen der Höcker B1–B8 entlang der Y-Achse ausgerichtet, während eine Höcker-Achse BAx der Höcker B9–B16 entlang der X-Achse ausgerichtet ist. Beide Wheatstone-Brücken WBx und WBz1 sind darauf bereitgestellt und erfassen Magnetfelder in der X- bzw. Z-Achse.
Bezugnehmend auf das Schema in 9, erhält man die Messung des Feldes entlang der Y-Achse im Betrieb wie zuvor beschrieben. In ähnlicher Weise erhält man die Messung entlang der X-Achse, in dem die Differenz zwischen ΔVz1 und ΔVx durch Betrieb des Subtrahierers 906 vorgenommen wird.
Vorteilhafterweise erhält man eine genauere Messung des Magnetfeldes entlang der Y-Achse durch Summieren von ΔVz0, ΔVy, ΔVz1 und ΔVx durch die Addierer 212, 908 und 910, so dass sich die gegenüberliegenden Messungen der X-Achse aufheben, genau wie die gegenüberliegenden Messungen in der Y-Achse, wodurch nur die Messungen des Magnetfeldes in der Z-Achse bleiben.
Die BBP-Strukturen 404 können auf den aufwärts- und abwärts-geneigten Flächen 112, 116 durch bekannte fotolithografische Abscheidungsprozesse bereitgestellt werden. Demnach wird der Winkel der Höcker-Neigungen den Abscheidungsprozess beeinflussen, was dazu führt, dass der AMR-Streifen und der leitfähige Riemen etwas dicker sind am oberen Teil der Neigung, relativ zur Ablagerung am unteren Teil der Neigung.
Es wurde festgestellt, dass dieser geringe Unterschied in der Dicke einen funktionellen Vorteil darstellt, obwohl sicherlich der Abscheidungsprozess auch zum Abscheiden so konfiguriert werden könnte, dass die Brücken eine konsistente Dicke an allen Abschnitten der Neigungen aufweisen.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Anzahl der Höcker größer als acht gewählt werden könnte und der Fachmann auf dem Gebiet verstehen würde, wie die Brücken-Resistoren über die Höcker verteilt werden müssten.
Darüber hinaus, während die gezeigten Höcker eine ebene Fläche zwischen der Aufwärts- und Abwärts-Fläche 112, 116 aufweisen, d. h. einen trapezförmigen Querschnitt, könnten die Höcker dreiecksförmiger im Querschnitt sein und zu einem Punkt zulaufen, anstatt zu einem flachen Abschnitt am oberen Ende. Somit ist ein „Höcker” eine Struktur, die ein Paar benachbarter, symmetrisch geneigter Flächen bereit stellt.
Weiterhin können die Differenzverstärker, Addierer und Subtrahierer eingebaut oder in das Substrat integriert sein oder „außerhalb” des Substrates bereitgestellt sein. Zusätzlich können die Funktionen der Differenzverstärker, Addierer und Subtrahierer in ihnen implementiert sein, beispielsweise ein ASIC in digitalen, analogen oder hybriden Implementierungen, und solche Implementierungen gelten als innerhalb des Umfangs dieser Offenbarung.
Nachdem somit mehrere Funktionen zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschreiben worden sind, ist es klar, dass verschiedene Änderungen, Modifikationen und Verbesserungen dem Fachmann ohne weiteres vergegenwärtigt werden. Derartige Änderungen, Modifikationen und Verbesserungen sind Teil dieser Offenbarung und liegen innerhalb des Umfanges dieser Erfindung. Dementsprechend sind die vorangehende Beschreibung und die Zeichnungen nur beispielhaft und der Umfang der Erfindung sollte aus richtigen Konstruktionen der beigefügten Ansprüche und ihrer Äquivalente bestimmt werden.

Claims

Magnetometer, aufweisend: ein Substrat mit einer ersten Fläche; eine erste Mehrzahl von Höckern verteilt auf der ersten Fläche des Substrates, wobei jeder Höcker erste und zweite geneigte Flächen, in Bezug auf die erste Fläche des Substrates, aufweist; eine erste Wheatstone-Brücken-Schaltung, verteilt über die ersten geneigten Flächen der ersten Mehrzahl von Höckern; und eine zweite Wheatstone-Brücken-Schaltung, verteilt über die zweiten geneigten Flächen der ersten Mehrzahl von Höckern; wobei die Höcker der ersten Mehrzahl von Höckern in einer gleichen ersten Achse ausgerichtet sind.
Magnetometer nach Anspruch 1, ferner aufweisend: eine zweite Mehrzahl von Höckern verteilt auf der ersten Fläche des Substrates, wobei jeder Höcker erste und zweite geneigte Flächen, in Bezug auf die erste Fläche des Substrates, aufweist; eine dritte Wheatstone-Bücken-Schaltung, verteilt über die ersten geneigten Flächen der zweiten Mehrzahl von Höckern; eine vierte Wheatstone-Brücken-Schaltung, verteilt über die zweiten geneigten Flächen der zweiten Mehrzahl von Höckern; wobei die Höcker der zweiten Mehrzahl von Höckern in einer gleichen zweiten Achse ausgerichtet sind; und wobei die zweite Achse orthogonal zur ersten Achse ist.
Magnetometer nach Anspruch 1, wobei jede der ersten und zweiten Wheatstone-Brücken-Schaltungen eine Mehrzahl von anisotropen magnetoresistiven (AMR) Komponenten aufweist.
Magnetometer nach Anspruch 3, wobei jeder Höcker der ersten Mehrzahl von Höckern eine AMR-Komponente der ersten Wheatstone-Brücken-Schaltung auf der entsprechenden ersten geneigten Fläche und eine AMR-Komponente der zweiten Wheatstone-Brücken-Schaltung auf der entsprechenden zweiten geneigten Fläche aufweist.
Magnetometer nach Anspruch 2, wobei jede der dritten und vierten Wheatstone-Brücken-Schaltungen eine Mehrzahl von anisotropen magnetoresistiven (AMR) Komponenten aufweist.
Magnetometer nach Anspruch 5, wobei jeder Höcker der zweiten Mehrzahl von Höckern eine AMR-Komponente der dritten Wheatstone-Brücken-Schaltung auf der entsprechenden ersten geneigten Fläche und eine AMR-Komponente der vierten Wheatstone-Brücken-Schaltung auf der entsprechenden zweiten geneigten Fläche aufweist.
Magnetometer nach Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten geneigten Flächen der ersten Mehrzahl von Höckern in einem gleichen ersten Winkel, in Bezug auf die erste Fläche des Substrates, sind.
Magnetometer nach Anspruch 2, wobei die ersten und die zweiten geneigten Flächen der zweiten Mehrzahl von Höckern in einem gleichen zweiten Winkel, in Bezug auf die erste Fläche des Substrates, sind.
Magnetometer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei jeder Höcker einen trapezförmigen Querschnitt aufweist.
Magnetometer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei jeder Höcker einen dreieckigen Querschnitt aufweist.
Magnetometer nach Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten geneigten Flächen der ersten Mehrzahl von Höckern in einem gleichen ersten Winkel, in Bezug auf die erste Fläche des Substrates, sind; wobei die ersten und zweiten geneigten Flächen der zweiten Mehrzahl von Höckern in einem gleichem zweiten Winkel, in Bezug auf die erste Fläche des Substrates, sind; und wobei der erste und der zweite Winkel gleich sind.
Magnetometer nach Anspruch 1, ferner aufweisend: eine planare Wheatstone-Brücken-Schaltung verteilt auf der ersten Fläche des Substrates ausgerichtet entlang einer Achse, die orthogonal zur ersten Achse ist.
Drei-Achsen-Magnetometer aufweisend: ein Substrat mit einer ersten Fläche, eine erste Wheatstone-Brücken-Schaltung verteilt auf dem Substrat, wobei die erste Wheatstone-Brücken-Schaltung eine erste Mehrzahl von anisotropen magnetoresistive (AMR) Komponenten aufweist und wobei jede der ersten Mehrzahl von AMR-Komponenten in einem ersten Winkel, in Bezug auf die erste Fläche, verteilt ist; eine zweite Wheatstone-Brücken-Schaltung verteilt auf dem Substrat, wobei die zweite Wheatstone-Brücken-Schaltung eine zweite Mehrzahl von AMR-Komponenten aufweist und wobei jede der zweiten Mehrzahl von AMR-Komponenten in einem zweiten Winkel, in Bezug auf die erste Fläche, verteilt ist; und eine dritte Wheatstone-Brücken-Schaltung verteilt auf der ersten Fläche des Substrates; wobei der erste und der zweite Winkel gleich und symmetrisch zu einander sind.
Drei-Achsen-Magnetometer nach Anspruch 13, ferner aufweisend: eine erste Mehrzahl von Höckern verteilt auf der ersten Fläche des Substrates, wobei jeder Höcker erste und zweite geneigte Flächen aufweist, angeordnet im ersten bzw. zweiten Winkel, in Bezug auf die erste Fläche des Substrates; wobei die AMR-Komponenten der ersten Wheatstone-Brücken-Schaltung auf den ersten geneigten Flächen der ersten Mehrzahl von Höckern verteilt sind; wobei die AMR-Komponenten der zweiten Wheatstone-Brücken-Schaltung auf den zweiten geneigten Flächen der ersten Mehrzahl von Höckern verteilt sind; wobei die Höcker der ersten Mehrzahl von Höckern entlang einer gleichen ersten Achse ausgerichtet sind und wobei die dritte Wheatstone-Brücken-Schaltung entlang einer zweiten Achse ausgerichtet ist, die orthogonal zur ersten Achse ist.
Drei-Achsen-Magnetometer aufweisend: ein Substrat mit einer ersten Fläche; eine erste Wheatstone-Brücken-Schaltung angeordnet auf dem Substrat, wobei die erste Wheatstone-Brücken-Schaltung eine erste Mehrzahl von anisotropen magnetoresistiven (AMR) Komponenten aufweist und wobei jede der ersten Mehrzahl von AMR-Komponenten in einem ersten Winkel, in Bezug auf die erste Fläche, angeordnet ist; eine zweite Wheatstone-Brücken-Schaltung angeordnet auf dem Substrat, wobei die zweite Wheatstone-Brücken-Schaltung eine zweite Mehrzahl von AMR-Komponenten aufweist und wobei jede der zweiten Mehrzahl von AMR-Komponenten in einem zweiten Winkel, in Bezug auf die erste Fläche, angeordnet ist; eine dritte Wheatstone-Brücken-Schaltung angeordnet auf dem Substrat, wobei die dritte Wheatstone-Brücken-Schaltung eine Mehrzahl von anisotropen magnetoresistiven (AMR) Komponenten aufweist und wobei jede der dritten Mehrzahl von AMR-Komponenten in einem dritten Winkel, in Bezug auf die erste Fläche, angeordnet ist; und eine vierte Wheatstone-Brücken-Schaltung angeordnet auf dem Substrat, wobei die vierte Wheatstone-Brücken-Schaltung eine Mehrzahl von AMR-Komponenten aufweist und wobei jede der vierten Mehrzahl von AMR-Komponenten in einem Winkel, in Bezug auf die erste Fläche, angeordnet ist; wobei der erste und der zweite Winkel gleich und symmetrisch zueinander sind und wobei der dritte und der vierte Winkel gleich und symmetrisch zueinander und transversal zu dem ersten und zweiten Winkel sind.
Drei-Achsen-Magnetometer nach Anspruch 15, ferner umfassend: eine erste Mehrzahl von Höckern angeordnet auf der ersten Fläche des Substrates, wobei jeder Höcker erste und zweite geneigte Flächen aufweist, die in dem ersten bzw. zweiten Winkeln, in Bezug auf die erste Fläche des Substrates, angeordnet sind; eine zweite Mehrzahl von Höckern angeordnet auf der ersten Fläche des Substrates, wobei jeder Höcker dritte und vierte geneigte Flächen aufweist, die in dem dritten bzw. vierten Winkeln, in Bezug auf die erste Fläche des Substrates, angeordnet sind; wobei die AMR-Komponenten der ersten Wheatstone-Brücken-Schaltung auf den ersten geneigten Flächen der ersten Mehrzahl von Höckern verteilt sind; wobei die AMR-Komponenten der zweiten Wheatstone-Brücken-Schaltung auf den zweiten geneigten Flächen der ersten Mehrzahl von Höckern verteilt sind; wobei die AMR-Komponenten der dritten Wheatstone-Brücken-Schaltung auf den dritten geneigten Flächen der zweiten Mehrzahl von Höckern verteilt sind; wobei die AMR-Komponenten der vierten Wheatstone-Brücken-Schaltung auf den vierten geneigten Flächen der zweiten Mehrzahl von Höckern verteilt sind; wobei die Höcker der ersten Mehrzahl von Höckern entlang einer ersten gleichen Achse ausgerichtet sind; und wobei die Höcker der zweiten Mehrzahl von Höckern entlang einer zweiten gleichen Achse ausgerichtet sind, die orthogonal zur ersten Achse ist.