一種反鐵磁釘扎各向異性磁電阻(amr)傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及傳感器領(lǐng)域，尤其涉及一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低的反鐵磁釘扎各向異性磁電阻(AMR)傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著磁場(chǎng)傳感器技術(shù)的發(fā)展，其發(fā)展出各種類型，例如基于霍爾效應(yīng)以及磁電阻效應(yīng)的傳感器?；魻栃?yīng)傳感器的制備可以與傳統(tǒng)集成電路工藝結(jié)合，從而有成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，但是也存在低靈敏度和誤差大的缺點(diǎn)。還有一種就是基于各向異性磁電阻(Anisotropic Magneto Resistance，簡(jiǎn)稱AMR)效應(yīng)的磁場(chǎng)傳感器。磁性薄膜的電阻隨磁化方向與電流方向的夾角改變而改變，這種現(xiàn)象稱為各向異性磁電阻效應(yīng)。AMR磁場(chǎng)傳感器有著靈敏度高，噪音小的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。當(dāng)受到外界大磁場(chǎng)干擾時(shí)，AMR傳感器中的鐵磁層磁矩雜亂取向，從而影響磁場(chǎng)傳感器輸出的準(zhǔn)確性。為了校準(zhǔn)傳感器輸出和去除誤差，需要重新磁化鐵磁層中的磁疇使磁矩重新排列回到初始方向，即實(shí)現(xiàn)重置(SET)功能，通常有兩種方法重置磁矩:第一種方法是，在AMR傳感器磁電阻條上方或者下方沉積金屬條帶，通過(guò)在金屬條帶中施加電流，利用電流產(chǎn)生的大磁場(chǎng)使得鐵磁層的磁矩排列一致，即實(shí)現(xiàn)SET功能；第二種方法是，在傳感器封裝時(shí)，將永磁體固定在磁電阻條附近，利用永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)使得鐵磁層的磁矩排列一致，即實(shí)現(xiàn)SET功能。這兩種方法的缺點(diǎn)是制備或封裝工藝復(fù)雜，成本較高。
[0003]因此，有必要為業(yè)界提供一種工藝簡(jiǎn)單、成本較低的AMR傳感器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的一個(gè)目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷提供一種反鐵磁釘扎各向異性磁電阻(AMR)傳感器，其通過(guò)圓片級(jí)工藝將鐵磁層和反鐵磁層集成在同一芯片上，受到大磁場(chǎng)干擾之后，能有效地實(shí)現(xiàn)SET功能，降低了工藝難度，且成本較低。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種反鐵磁釘扎各向異性磁電阻(AMR)傳感器，其包括:
[0006]位于底層的襯底層；
[0007]位于襯底層上方的緩沖層；
[0008]位于頂層的覆蓋層；
[0009]位于所述緩沖層和覆蓋層之間的中間層，
[0010]所述中間層包括鐵磁層和反鐵磁層，通過(guò)反鐵磁層和鐵磁層之間的交換偏置作用實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)重新排列鐵磁層磁矩，即SET功能。
[0011]作為本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，所述反鐵磁釘扎AMR傳感器為頂部反鐵磁釘扎AMR傳感器，所述頂部反鐵磁釘扎AMR傳感器的中間層的鐵磁層位于所述緩沖層的上方，所述中間層的反鐵磁層位于所述鐵磁層的上方。
[0012]作為本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，所述反鐵磁釘扎AMR傳感器為底部反鐵磁釘扎AMR傳感器，所述底部反鐵磁釘扎AMR傳感器的中間層的反鐵磁層位于所述緩沖層的上方，所述中間層的鐵磁層位于所述反鐵磁層的上方。
[0013]作為本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，所述反鐵磁釘扎AMR傳感器為三明治反鐵磁釘扎AMR傳感器，所述三明治反鐵磁釘扎AMR傳感器的中間層的反鐵磁層為兩層，其位于所述鐵磁層的兩側(cè)分別與所述緩沖層和覆蓋層相鄰。
[0014]作為本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，所述襯底層由絕緣或者半導(dǎo)體材料制成，所述緩沖層由導(dǎo)電金屬材料或合金材料制成，所述鐵磁層由鐵磁材料制成，所述反鐵磁層由反鐵磁材料制成，所述覆蓋層由導(dǎo)電材料制成。
[0015]作為本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，所述絕緣層為表面熱氧化的Si襯底，所述導(dǎo)電金屬層或合金層的材料為Ta或NiFeCr，所述導(dǎo)電材料為Ta。
[0016]作為本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，所述鐵磁材料為NiFe合金。
[0017]作為本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，反鐵磁材料為IrMn、FeMn> PtMn和MnGa的一種或多種。
[0018]作為本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，其中交換偏置的方向可以通過(guò)在沉積過(guò)程中施加原位磁場(chǎng)定義或者通過(guò)在磁場(chǎng)中退火定義。
[0019]進(jìn)一步的，本發(fā)明提供一種如上述的反鐵磁釘扎AMR推挽式傳感器的電橋結(jié)構(gòu)，其包括第一磁電阻、第二磁電阻、第三磁電阻和第四磁電阻，所述第一磁電阻一端與電壓的正極相連、另一端與所述第三磁電阻連接，所述第二磁電阻一端與所述電壓的正極連接、另一端與所述第四磁電阻連接，所述第三磁電阻一端與所述第一磁電阻連接、另一端與電壓的負(fù)極連接，所述第四磁電阻一端與所述電壓的負(fù)極連接、另一端與第二磁電阻連接，
[0020]所述第一磁電阻的第一磁矩方向和第二磁電阻的第二磁矩方向相互反平行，所述第一磁電阻的第一磁矩方向和第三磁電阻的第三磁矩方向相互平行或反平行，所述第三磁電阻的第三磁矩方向和第四磁電阻的第四磁矩方向相互反平行，每個(gè)磁電阻上集成有barber電極(barber poles)，使得電流方向與磁電阻的易軸(easy axis)成45度角，當(dāng)所述傳感器放置在外磁場(chǎng)中，所述第一磁電阻和第四磁電阻的阻值同時(shí)增大或者減小，第二磁電阻和第三磁電阻的阻值同時(shí)減小或者增大，從而實(shí)現(xiàn)差分輸出。
[0021]本發(fā)明的有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過(guò)鐵磁層和反鐵磁層之間的交換偏置作用，使得傳感器受到大磁場(chǎng)干擾之后，可以有效實(shí)現(xiàn)SET功能，且通過(guò)圓片級(jí)工藝將鐵磁層和反鐵磁層集成在同一芯片上，降低了工藝難度和成本。
【附圖說(shuō)明】
[0022]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。其中:
[0023]圖1為本發(fā)明涉及的一個(gè)實(shí)施例提供的頂部反鐵磁釘扎AMR傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖2為本發(fā)明涉及的又一個(gè)實(shí)施例提供的底部反鐵磁釘扎AMR傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖3為本發(fā)明涉及的又一個(gè)實(shí)施例提供的三明治反鐵磁釘扎AMR傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖4為本發(fā)明推挽式磁場(chǎng)傳感器電橋在一個(gè)具體實(shí)施例中的示意圖。
[0027]圖5為本發(fā)明推挽式磁場(chǎng)傳感器電橋在另一個(gè)具體實(shí)施例中的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0029]此處所稱的“一個(gè)實(shí)施例”或“實(shí)施例”是指可包含于本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性。在本說(shuō)明書中不同地方出現(xiàn)的“在一個(gè)實(shí)施例中”并非均指同一個(gè)實(shí)施例，也不是單獨(dú)的或選擇性的與其他實(shí)施例互相排斥的實(shí)施例。
[0030]本發(fā)明提供一種反鐵磁釘扎AMR傳感器，其包括位于底層的襯底層、位于襯底層上方的緩沖層、位于頂層的覆蓋層、位于所述緩沖層和覆蓋層之間的中間層，所述中間層包括鐵磁層和反鐵磁層。本發(fā)明通過(guò)反鐵磁層和鐵磁層之間的交換偏置作用實(shí)現(xiàn)SET功能。
[0031]其中，所述襯底層為絕緣或者半導(dǎo)體材料，其優(yōu)選為表面熱氧化的Si襯底；所述緩沖層為導(dǎo)電金屬或合金，其優(yōu)選為Ta或NiFeCr ;所述鐵磁層為鐵磁材料，其優(yōu)選為NiFe合金；所述反鐵磁層為反鐵磁材料，其優(yōu)選為IrMn、FeMn、PtMn和MnGa的一種或多種；所述覆蓋層為導(dǎo)電材料，其優(yōu)選為Ta。其中，所述反鐵磁層和鐵磁層之間的交換偏置作用實(shí)現(xiàn)SET功能，交換偏置的方向可以通過(guò)在沉積過(guò)程中施加原位磁場(chǎng)定義或者通過(guò)在磁場(chǎng)中退火定義。
[0032]請(qǐng)參閱圖1，其為本發(fā)明涉及的一個(gè)實(shí)施例提供的頂部反鐵磁釘扎AMR傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，所述反鐵磁釘扎AMR傳感器為頂部反鐵磁釘扎AMR傳感器，所述頂部反鐵磁釘扎AMR傳感器依次包括襯底層10、沉積于所述襯底層10上方的緩沖層11、沉積于所述緩沖層11上方的鐵磁層12、沉積于所述鐵磁層12上方的反鐵磁層13及沉積于所述反鐵磁層13上方的覆蓋層14。
[0033]請(qǐng)參閱圖2，圖2為本發(fā)明涉及的又一個(gè)實(shí)施例提供的底部反鐵磁釘扎AMR傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。請(qǐng)參閱圖2，所述反鐵磁釘扎AMR傳感器為底部反鐵磁釘扎AMR傳感器，所述底部反鐵磁釘扎AMR傳感器依次包括襯底層20、