TWI719574B - 磁阻元件、磁阻結構及三維磁場感測器 - Google Patents

磁阻元件、磁阻結構及三維磁場感測器 Download PDF

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Abstract

一種磁阻元件包括自由層；偏移堆疊，組態成在缺乏外部磁場時將該自由層之磁性對準偏移至第一方向；及參考堆疊，其具有一參考方向。該磁阻元件為TMR元件，該磁阻元件被支撐在基材之表面上，而該第一方向係實質上正交於該基材之該表面。該磁阻元件(與另一磁場感測元件結合)可被用以形成二或三維磁場感測器。

Description

磁阻元件、磁阻結構及三維磁場感測器
本發明係有關於磁阻元件。
磁場感測器被使用於多種應用，包括(但不限定於)角度感測器(其感測磁場之方向的角度)、電流感測器(其感測由電流攜載導體所攜載之電流所產生的磁場)、電磁開關(其感測鐵磁物件之接近度)、旋轉檢測器(其感測通過的的鐵磁物體，例如，環狀磁鐵或鐵磁目標(例如，齒輪的齒)之磁性領域)，其中磁場感測器係與背後偏壓或其他磁鐵結合而使用、以及磁場感測器(其感測磁場之磁場密度)。
於某些應用中，磁場感測器包括磁阻元件。這些元件具有其在外部磁場存在時改變的電阻值。自旋閥為一種從二或更多磁性材料或層所形成之磁阻元件的類型。自旋閥之最簡單形式具有參考(或磁性地固定)層及自由層。自旋閥之電阻值係隨著參考及自由層之磁性對準的函數而改 變。通常，參考層之磁性對準不會改變，而自由層之磁性對準係回應於外部磁場而移動。
於某些情況下，自旋閥亦可具有偏移。該偏移可由其被磁性地耦合至自由層之一或更多磁性層(偏移層)所產生。在缺乏外部磁場時，偏移層可致使自由層之磁性對準自動恢復至預定對準。介於偏移層與自由層之間的磁性耦合是相當弱的，以致其外部場可撤銷偏移並重新對準自由層之磁性對準。
依據可用於瞭解本發明之態樣的範例，磁阻元件包括自由層；偏移堆疊，組態成在缺乏外部磁場時將該自由層之磁性對準偏移至第一方向；及參考堆疊，其具有參考方向。該磁阻元件為TMR元件，該磁阻元件被支撐在基材之表面上，而該第一方向係實質上正交於該基材之該表面。
於一些實施例中，上述磁阻元件可包括一或更多以下態樣於任何組合中。
於一些實施例中，上述磁阻元件可包括介於該自由層與該偏移層之間的間隔物層。
於上述磁阻元件之一些實施例中，該磁阻元件為自旋閥。
於上述磁阻元件之一些實施例中，該第一方向係相應於該自由層之磁性對準，其導致該磁阻元件之中間電阻值。
依據可用於瞭解本發明之另一態樣的另一範例，磁阻結構包括第一磁阻元件；及第二磁阻元件。該第一磁阻元件被形成在該第二磁阻元件之表面上。該第一磁阻元件為TMR元件，其包括自由層；偏移堆疊，組態成在缺乏外部磁場時將該自由層之磁性對準偏移至第一方向；及參考堆疊，其具有實質上正交於該第一方向之第一參考方向。 於一些實施例中，上述磁阻結構可包括一或更多以下態樣於任何組合中。 於上述磁阻結構之一些實施例中，該第二磁阻元件包括第二自由層；第二偏移堆疊，組態成在缺乏外部磁場時將該第二自由層之磁性對準偏移至第二方向；及參考堆疊，其具有實質上正交於該第二方向之第二參考方向。 於上述磁阻結構之一些實施例中，該第一方向與該第二方向係實質上垂直的。 於上述磁阻結構之一些實施例中，該第一參考方向與該第二參考方向係實質上垂直的。 於上述磁阻元件之一些實施例中，該第二磁阻元件為GMR元件。 於一些實施例中，上述磁阻結構進一步包括基材，其係支撐該基材之表面上的該第一磁阻元件及該第二磁阻元件，其中該第一參考方向係實質上垂直於該表面而該第二參考方向係實質上平行於該表面。 於上述磁阻結構之一些實施例中，該第一方向係實質上平行於該表面。 於上述磁阻結構之一些實施例中，至少一材料層被共用在該第一磁阻元件與該第二磁阻元件之間。 於上述磁阻結構之一些實施例中，其中該第一磁阻元件具有大於該第二磁阻元件之寬度的寬度。 依據可用於瞭解本發明之另一態樣的另一範例，三維磁場感測器包括具有表面之基材；第一磁阻結構係由該基材之該表面所支撐。該第一磁阻結構包括：第一磁阻元件，其具有實質上垂直於該表面之最大敏感度的軸；及第二磁阻元件，其具有實質上平行於該表面之最大敏感度的軸。該三維磁場感測器進一步包括由該基材之該表面所支撐的第二磁阻結構。該第二磁阻結構進一步包括：第三磁阻元件，其具有實質上垂直於該表面之最大敏感度的軸；及第四磁阻元件，其具有實質上平行於該表面之最大敏感度的軸。該第一磁阻結構及該第二磁阻結構被置於該基材上，以致其該第四磁阻元件之最大敏感度的該軸係實質上垂直於該第二磁阻元件之最大敏感度的該軸。 於一些實施例中，上述磁場感測器可包括一或更多以下態樣於任何組合中。 於上述三維磁場感測器之一些實施例中，該第一磁阻元件係形成在該第二磁阻元件之頂部表面上。 於上述三維磁場感測器之一些實施例中，該第三磁阻元件係形成在該第四磁阻元件之頂部表面上。 於上述三維磁場感測器之一些實施例中，該第一磁阻元件及該第三磁阻元件為TMR元件。 於上述三維磁場感測器之一些實施例中，該第二磁阻元件及該第四磁阻元件為GMR元件。 依據可用於瞭解本發明之另一態樣的另一範例，磁阻結構包括感測機構，用以感測二或更多維中之磁場。
如文中所使用，術語「磁場感測元件」被用以描述其可感測磁場之多種電子元件。磁場感測元件可為(但不限定於)霍爾效應元件、磁阻元件、或磁電晶體。如所已知，有不同類型的霍爾效應元件，例如，平面霍爾元件、垂直霍爾元件、及圓形垂直霍爾(CVH)元件。如亦已知，有不同類型的磁阻元件，例如，穿隧磁阻(TMR)元件，亦已知為磁穿隧接面(MTJ)。磁場感測元件可為單一元件；或替代地，可包括二或更多磁場感測元件，其係以多種組態配置，例如，半橋或全(惠斯登)橋。取決於裝置類型及其他應用需求，磁場感測元件可為一種由第IV類半導體材料(諸如矽(Si)或鍺(Ge))、或第III-V類半導體材料(如砷化鎵(GaAs)或銦化合物，例如，銻化銦(InSb))所製成的裝置。 如所已知，一些上述磁場感測元件傾向於具有平行於一支撐磁場感測元件之基材的最大敏感度之軸，而其他上述磁場感測元件傾向於具有垂直於一支撐磁場感測元件之基材的最大敏感度之軸。特別地，平面霍爾元件傾向於具有垂直於基材之敏感度的軸，而金屬為基的或金屬的磁阻元件(例如，GMR、TMR、AMR)及垂直霍爾元件傾向於具有平行於基材之敏感度的軸。 如文中所使用，術語「磁場感測器」被用以描述一種使用磁場感測元件之電路，通常係結合其他電路。磁場感測器被使用於多種應用，包括(但不限定於)角度感測器(其感測磁場之方向的角度)、電流感測器(其感測由電流攜載導體所攜載之電流所產生的磁場)、電磁開關(其感測鐵磁物件之接近度)、旋轉檢測器(其感測通過的的鐵磁物體，例如，環狀磁鐵或鐵磁目標(例如，齒輪的齒)之磁性領域)，其中磁場感測器係與背後偏壓或其他磁鐵結合而使用、以及磁場感測器(其感測磁場之磁場密度)。 如文中所使用，術語「目標」及「磁性目標」被用以描述將由磁場感測器或磁場感測元件所感測或檢測之物件。 圖1為磁阻元件100之方塊圖，其包含堆疊在彼此頂部上之複數材料層。該堆疊中之材料層的各者具有電和磁性質，其(當放置在一起時)致使磁阻元件100對於外部磁場做出反應。磁阻元件100係由基材108所支撐。於實施例中，基材108為一支撐積體電路之半導體基材。於其他實施例中，基材108可為能夠支撐磁阻元件100之任何類型的材料。 磁阻元件100為自旋閥裝置。因此，磁阻元件100之電阻值係隨著介於不同材料層之間的磁性對準改變而改變。 簡單自旋閥最小地具有兩個層：具有固定磁性對準之固定(亦稱為參考)層以及具有回應於外部磁場而改變之磁性對準的自由層。當自由層之磁性對準係與參考層之磁性對準對齊時，該自旋閥之電阻值具有最小值。反之，當自由層之磁性對準係以相反方向對準於參考層時，該自旋閥之電阻值係處於最大值。在之間的點上，電阻值係處於中間值。通常，隨著自由層之磁性對準從一極端(例如，與參考層相反地對準)至另一極端(例如，與參考層對準)改變，自旋閥之電阻值係從其最大值至其最小值線性地改變。 自旋閥100包括自由層102。取代參考層，自旋閥100具有參考堆疊104，其具有作用為參考層之複數層。介於自由層102與參考堆疊104之間為間隔物層106，其係將自由層自參考堆疊分離，部分地以致其自由層102之磁性對準可「自旋」而不受參考堆疊104之磁性對準所影響。 磁阻元件100為一垂直穿隧磁阻(TMR)元件。如此一來，自由層102之磁性對準一般係垂直於基材108並可從一相反於該基材之方向自旋至一朝向該基材之方向(如由箭號110所指示)。參考堆疊104具有朝向基材108之磁性對準。因此，當自由層102自旋以致其磁性對準指向基材108時，磁阻元件100具有小電阻值；而當自由層102自旋以致其磁性對準指離開基材108時，磁阻元件100具有最大電阻值。垂直對準可藉由減少鐵磁層之厚度來達成。藉由如此做，則介於自由層102與固定層之間的介面可撤銷自由層之自然磁性方向並致使自由層之磁化改變至平面外(例如，垂直)方向。此可能由於自旋重新定向變遷效應。 間隔物層106為絕緣材料。電流係穿隧通過間隔物層106。當自由層102與參考堆疊104之磁性方向對準時，更多電子可穿隧通過自由層106，因此電阻值是相當低的。反之，當自由層102與參考堆疊104之磁性方向為相反方向時，電子係面對一針對穿隧通過間隔物層106之更大的電阻值，而因此磁阻元件100之電阻值是高的。 於圖1所示之範例中，自由層102為CoFeB層而間隔物層106為MgO。參考堆疊104包含固定層112，其具有朝向基材108之固定磁性方向(如由箭號114所示)。參考堆疊104亦包括層116-126。層126/112可形成SAF配置。層126及125可形成固定層。層122可為SAF間隔物。層120,118,116,112可形成參考層。Pt/Co多層可被用以獲得垂直磁化。這些可透過Co層來連接。CoFeB可被放置接近於MgO以容許MgO結晶化。 種晶層128一般為導電層，在其上支撐有磁阻元件100之其他層；而電極130為導電電極層，其可被用以完成電連接至其他電路(例如，由基材108所支撐的積體電路)。 TMR元件100可被驅動以一流動在底部電極130與封蓋111之間的電流。不同於許多類型的TMR元件，TMR元件100可回應於標示為Hext之箭號的方向上之外部磁場。 圖2為具有自由層偏移之範例雙固定TMR元件200的方塊圖。磁阻元件200可類似於磁阻元件100但亦可包括偏移堆疊202。偏移堆疊202可組態成偏移自由層102，以致於(在缺乏外部磁場時)自由層102之磁性對準係自動恢復至特定方向，例如，相對於參考堆疊104之磁性方向的九十度。 偏移堆疊202可包括鐵磁層204，其具有垂直於基材108之已界定磁性方向(由箭號206所示)。偏移堆疊202亦可包括介於鐵磁層204與自由層102之間的非磁性層208。 非磁性層208可容許鐵磁層弱磁性地耦合至自由層102。在缺乏外部磁場時，弱耦合可致使自由層102採取(亦即，被偏移至)特定磁性方向。同時，弱耦合可容許外部磁場改變(亦即，「自旋」)操作期間之自由層102的磁性方向。 TMR元件200可被驅動以一流動在底部電極213與封蓋211之間的電流。不同於許多類型的TMR元件，TMR元件200可回應於標示為Hext之箭號的方向上(亦即，垂直於TMR元件208所位於其上之基材108的頂部表面)之外部磁場。 參考圖3，穿隧MR(磁阻)元件300可包括自由層102、間隔物層106、及參考堆疊104。MR元件300亦可包括偏移堆疊302，其具有固定層304、固定層306、及間隔物層308，以容許介於自由層102與固定層306之間的鐵磁耦合。於實施例中，介於自由層102與固定層306之間的磁性耦合將致使自由層102之磁性方向自動恢復(例如，偏移)至固定方向，在缺乏磁場時。於實施例中，自由層之厚度是相當厚的，以致其磁化現在將處於平面內。同時，磁性耦合將是相當弱的，以致其外部磁場可克服偏移並回應於該外部磁場而改變自由層102之磁性方向。 基材108之表面310(亦即，支撐MR元件300之表面)可界定一具有由箭號314所示之法線向量的平面。固定層306之磁性對準的方向可垂直於法線向量314，如由箭號312所示。此可致使自由層102之磁性對準被偏移以一垂直於法線向量314之方向(亦即，平行於表面310)，如由箭號316所示。換言之，在缺乏外部磁場時，偏移堆疊302可將自由層102之磁性對準偏移至一垂直於法線向量314之方向。 假如有外部磁場318出現，則磁場318可致使自由層102之磁性對準改變以致其(在一極端情況下)自由層102之磁性對準係平行於且以法線向量314之方向(亦即，指離開基材108)；以及(在其他極端情況下)自由層102之磁性對準係相反於法線向量314(亦即，指向基材108)。如上所述，改變自由層102之磁性對準將改變MR元件300之電阻值。 為了提供垂直於法線向量314之偏移方向，偏移堆疊302可被設計以致其固定層306具有垂直於法線向量314之磁性對準。平面內偏移可藉由使用PtMn層304來獲得，其可被退火以產生一個固定方向而非數個方向。 TMR元件300可被驅動以一流動在底部電極313與封蓋311之間的電流。TMR元件300可回應於一標示為Hext之箭號的方向上之外部磁場的振幅。內堆疊偏移可容許交叉異向性，其提供在零場周圍之線性範圍，允許測量垂直場振幅。 圖4為穿隧巨型MR(磁阻)元件400之方塊圖，其具有參考堆疊402，以磁性對準平行於基材108之表面310(亦即，垂直於法線向量314)。MR元件400亦具有偏移堆疊404，組態成在缺乏外部磁場時以一垂直於表面310(亦即，平行於法線向量314)之方向偏移自由層406。 偏移堆疊404包括間隔物層405及固定層407。間隔物層405可包含一種選定材料，其具有經選擇以產生介於固定層407與自由層414間之相對弱的鐵磁或反鐵磁耦合之厚度。該耦合可能夠強以致使自由層414之磁性對準被偏移以一平行於法線向量314之方向及一相同於法線向量314之方向，在缺乏磁場時(如由箭號409所示)。該耦合亦可為相當弱的，以致其自由層414之磁性對準係回應於外部磁場411而改變。 參考堆疊402包括固定層410，其具有包含相反磁性方向之多數內部層(或晶體結構)。固定層410可界定或「固定」層404-408之磁性對準。 鐵磁層404、間隔物層406、及鐵磁層408可形成合成反鐵磁(SAF)結構，其具有垂直於法線向量314以及如法線向量314之相同方向的磁性對準，如由箭號412所示。MR元件400之電阻值可由自由層414與鐵磁層404之相對磁性對準來界定。因此，當自由層414被對準以如箭號412之相同方向時，MR元件400具有小電阻值。反之，當自由層414被對準以箭號414之相反方向(例如，頁面右邊)時，MR元件400可具有大電阻值。 MR元件400可對於磁場(如其垂直於法線向量314之磁場411)為敏感的。例如，垂直於法線向量314之磁場可致使自由層414之磁性對準改變，而因此改變MR元件400之電阻值。 TMR元件400可被驅動以一流動在底部電極413與封蓋411之間的電流。TMR元件400可回應於一標示為Hext之箭號的方向上之外部磁場。 圖5為MR堆疊500之方塊圖，該MR堆疊500包含第一MR元件502(TMR元件)，其係堆疊在第二MR元件504(GMR元件)之頂部上。於此範例中，MR元件502具有最大敏感度的軸，其係實質上垂直於MR元件504之最大敏感度的軸。同時，於此範例中，MR元件502為具有平行於法線向量314之最大敏感度的軸之TMR元件，而MR元件504為具有垂直於法線向量314之最大敏感度的軸之GMR元件。 於實施例中，MR元件504在一平行於表面310之方向上的寬度係大於MR元件502之寬度。 於實施例中，MR元件502與504可共用一或更多層。於所示之範例中，MR元件502與504係共用固定層506，其可被包括在MR元件502及MR元件504兩者中之偏移堆疊中。 GMR元件504係組態成具有平行於表面310(亦即，垂直於法線向量314)之最大敏感度的軸。GMR元件504包括：自由層結構，其包含層512和514；參考堆疊503，其包含層518-524且具有固定參考磁性對準；偏移堆疊，其包含層506-510以在缺乏外部磁場時偏移自由層512和514之磁性對準；及間隔物層516。 參考堆疊503包括固定層524，其具有包含相反磁性對準之多數、內部層(或晶體結構)。參考堆疊503亦包括SAF(合成反鐵磁體)結構，其包含層518-522。固定層524將SAF層之磁性對準固定在適當處以提供參考磁性對準。於此情況下，層518具有一垂直於法線向量314並離開頁面之磁性對準，如由符號548所示。因此，當自由層512及514之磁性對準是在如符號548之相同方向(亦即，離開頁面)時，則GMR元件504將具有小電阻值。當自由層512及514之磁性對準是在相反方向(亦即，進入頁面)時，則GMR元件504將具有大電阻值。 如由各層上所示之符號所指示，層512及514之磁性對準可為進入頁面(由點所指示)或離開頁面(由x所指示)且可於這兩種對準之間旋轉，在外部場存在時。右邊的箭號係指示當外部磁場不存在時之預設磁性對準。 GMR元件的偏移堆疊(包含層506-510)係在缺乏外部磁場時致使自由層512及514採用一平行於固定層508之磁性對準的磁性對準。 TMR元件502係組態成具有垂直於表面310(亦即，平行於法線向量314)之最大敏感度的軸。TMR元件502包括：偏移堆疊，其包含至少層506、544、及546；參考堆疊，其包含層526-538；間隔物(絕緣體)層540及自由層542。參考堆疊包括固定層526及SAF結構，其包含層528-532。固定層526將SAF結構之磁性對準固定在一平行於法線向量314之方向。層534-538形成SAF結構。 TMR元件502偏移結構包括共用固定層506。固定層506將固定層546之磁性對準固定在一垂直於法線向量314之方向，如由箭號548所示。 橫跨介於固定層546與自由層542之間的間隔物層544之反鐵磁耦合係在缺乏外部磁場時致使自由層542之磁性對準採用一垂直於法線向量314之方向，例如，箭號550之平行(反平行)。Ru間隔物層可取決於Ru間隔物層之厚度而為鐵磁或反鐵磁耦合。 MR堆疊500可得以檢測二維中之磁場。隨著磁性目標移動並旋轉，其磁場向量亦將移動並旋轉。於實施例中，其磁場向量可被分解為水平成分Hext,x ，及垂直成分Hext,z 。水平成分可影響GMR元件504之電阻值，而垂直成分可影響TMR元件502之電阻值。電阻值之改變可由外部電路或處理器(未顯示)所監督以判定磁性目標相關於MR元件之狀態。因為該等兩個MR元件在不同方向上是敏感的，所以其監督MR元件之電阻值的電路可判定在至少兩個座標(例如，圖5中所示之水平及垂直座標)中的目標之位置。 參考圖6，額外MR元件可被用以檢測三維中之目標。於範例系統600中，兩個堆疊的TMR/GMR結構可被使用。第一結構601包含TMR元件602，其係堆疊在GMR元件604之頂部上。第二結構605包含TMR元件606，其係堆疊在GMR元件608之頂部上。 假設具有X、Y、及Z軸之三維笛卡爾座標系統，TMR元件602及606可對於Y方向上之磁場是敏感的，如由箭號610所示。結構605可被設置以致其GMR元件608對於Z方向上之磁場是敏感的(實質上正交於箭號610)，如由箭號612所示。結構601可被設置以致其GMR元件604對於X方向上之磁場是敏感的(實質上正交於箭號610及612)，如由箭號614所示。假如結合入磁場感測器中，則結構601及605將提供三維之磁性資訊。金屬軌線616(亦即，於金屬層內)可提供電連接至TMR元件602和606、及GMR元件604和608，以供互連至外部電路。 已描述了較佳實施例，其適以闡明各個觀念、結構及技術，其為本專利之標的，對那些熟悉此技藝人士現在將明白：其他結合這些觀念、結構及技術之實施例可被使用。因此，得知本專利之範圍不應被限制於所述之實施例，反而僅應由後附申請專利範圍之精神及範圍所限制。文中所引述之所有參考案藉此併入文中以參考其完整性。
100:磁阻元件 102:自由層 104:參考堆疊 106:間隔物層 108:基材 110:方向 111:封蓋 112:固定層 114:固定磁性方向 116-126:層 128:種晶層 130:電極 200:雙固定TMR元件 202:偏移堆疊 204:鐵磁層 206:磁性方向 208:非磁性層 211:封蓋 213:底部電極 300:穿隧MR(磁阻)元件 302:偏移堆疊 304:固定層 306:固定層 308:間隔物層 310:表面 312:箭號 313:底部電極 314:法線向量 316:方向 318:外部磁場 400:穿隧巨型MR(磁阻)元件 402:參考堆疊 404:偏移堆疊 405:間隔物層 406:自由層 407:固定層 408:鐵磁層 409:箭號 410:固定層 411:外部磁場 412:方向 413:底部電極 414:自由層 500:MR堆疊 502:第一MR元件 504:第二MR元件 506:固定層 508:固定層 510:層 512、514:自由層 516:間隔物層 518-522:層 524:固定層 526:固定層 528-532:層 534-538:層 540:間隔物(絕緣體)層 542:自由層 544:間隔物層 546:固定層 548:方向 550:箭號 600:系統 601:第一結構 602:TMR元件 604:GMR元件 605:第二結構 606:TMR元件 608:GMR元件 610:箭號 612:箭號 614:箭號 616:金屬軌線
前述特徵可從圖式之以下描述被更完整地瞭解。該等圖式係協助解釋及理解所揭露的技術。因為要闡明並描述每一可能實施例常是不實際或不可能的，所以所提供的圖形係描繪一或更多範例實施例。因此，該等圖形不是想要限制本發明之範圍。該等圖形中之類似數字係代表類似元件。 圖1為單一固定垂直穿隧磁阻(TMR)元件之方塊圖。 圖2為雙固定垂直TMR元件之方塊圖。 圖3為具有正交偏移及參考方向的雙固定垂直TMR元件之方塊圖。 圖4為具有正交偏移及參考方向的雙固定平面內穿隧磁阻元件之方塊圖。 圖5為包含一配置在GMR元件之上的TMR元件之堆疊的方塊圖。 圖6為經設置以檢測三維中之磁場的磁阻元件之等角圖。
102:自由層
104:參考堆疊
106:間隔物層
108:基材
300:穿隧MR(磁阻)元件
302:偏移堆疊
304:固定層
306:固定層
308:間隔物層
310:表面
311:封蓋
312:箭號
313:底部電極
314:法線向量
316:方向
318:外部磁場

Claims (16)

  1. 一種磁阻元件，包含：一自由層；一偏移堆疊，其組態成在缺乏一外部磁場時將該自由層之一磁性對準偏移至一第一方向；及一參考堆疊，其具有一參考方向；其中：該磁阻元件為一TMR元件，該磁阻元件被支撐在一基材之一表面上，該第一方向係正交於該基材之該表面，及該第一方向係相應於該自由層之磁性對準，其導致該磁阻元件之中間電阻值。
  2. 如申請專利範圍第1項之磁阻元件，進一步包含一介於該自由層與該偏移堆疊之間的一間隔物層。
  3. 如申請專利範圍第1項之磁阻元件，其中該磁阻元件為一自旋閥。
  4. 一種磁阻結構，包含：一第一磁阻元件；及一第二磁阻元件，其中該第一磁阻元件被形成在該第二磁阻元件之一表 面上，該第一磁阻元件為一TMR元件，其包含：一自由層；一偏移堆疊，其組態成在缺乏一外部磁場時將該自由層之一磁性對準偏移至一第一方向；及一參考堆疊，其具有一正交於該第一方向之第一參考方向；其中，該第二磁阻元件具有一大於該第一磁阻元件之寬度的寬度。
  5. 如申請專利範圍第4項之磁阻結構，其中該第二磁阻元件包含：一第二自由層；一第二偏移堆疊，其組態成在缺乏一外部磁場時將該第二自由層之一磁性對準偏移至一第二方向；及一參考堆疊，其具有一正交於該第二方向之第二參考方向。
  6. 如申請專利範圍第5項之磁阻結構，其中該第一方向與該第二方向係垂直的。
  7. 如申請專利範圍第5項之磁阻結構，其中該第一參考方向與該第二參考方向係垂直的。
  8. 如申請專利範圍第5項之磁阻結構，其中該第二磁阻 元件為一GMR元件。
  9. 如申請專利範圍第5項之磁阻結構，進一步包含一基材，其係支撐該基材之一表面上的該第一磁阻元件及該第二磁阻元件，其中該第一參考方向係垂直於該表面而該第二參考方向係平行於該表面。
  10. 如申請專利範圍第9項之磁阻結構，其中該第一方向係平行於該表面。
  11. 如申請專利範圍第4項之磁阻結構，其中至少一材料層被共用在該第一磁阻元件與該第二磁阻元件之間。
  12. 一種三維磁場感測器，包含：一基材，其具有一表面；一第一磁阻結構，其係由該基材之該表面所支撐，該第一磁阻結構包含：一第一磁阻元件，其具有垂直於該表面之最大敏感度的一軸；及一第二磁阻元件，其具有平行於該表面之最大敏感度的一軸，該三維磁場感測器進一步包含：一第二磁阻結構，其係由該基材之該表面所支撐，該第二磁阻結構包含：一第三磁阻元件，其具有垂直於該表面之最大敏感度 的一軸；及一第四磁阻元件，其具有平行於該表面之最大敏感度的一軸；其中該第一磁阻結構及該第二磁阻結構被置於該基材上，以致其該第四磁阻元件之最大敏感度的該軸係垂直於該第二磁阻元件之最大敏感度的該軸。
  13. 如申請專利範圍第12項之三維磁場感測器，其中該第一磁阻元件被形成在該第二磁阻元件之一頂部表面上。
  14. 如申請專利範圍第12項之三維磁場感測器，其中該第三磁阻元件被形成在該第四磁阻元件之一頂部表面上。
  15. 如申請專利範圍第12項之三維磁場感測器，其中該第一磁阻元件及該第三磁阻元件為TMR元件。
  16. 如申請專利範圍第12項之三維磁場感測器，其中該第二磁阻元件及該第四磁阻元件為GMR元件。
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