使用垂直各向异性的杂散场鲁棒XMR传感器制造技术

本公开涉及使用垂直各向异性的杂散场鲁棒XMR传感器。磁阻传感器具有传感器平面，在该传感器平面中，磁阻传感器对磁场敏感。磁阻传感器包括：具有参考磁化的参考层，该参考磁化是固定的并且与传感器平面的平面内轴线对准；以及靠近参考层设置的磁性自由层，该磁性自由层具有沿着在传感器平面的平面外的平面外轴线对准的自由层磁化。自由层磁化被配置为在存在外部平面内磁场的情况下远离平面外轴线并且朝向传感器平面倾斜。

【技术实现步骤摘要】
使用垂直各向异性的杂散场鲁棒XMR传感器
本公开总体上涉及一种磁阻传感器装置及其制造方法，并且更具体地涉及一种使用垂直各向异性的磁阻传感器装置。
技术介绍
磁阻效应基于很多不同的物理现象。所有这些现象的共同点是，电阻性元件的电阻可以通过穿透电阻性元件的磁场来改变。利用磁阻效应的技术有时被称为“xMR技术”，其中“x”表示此处可以解决多种效应，例如巨磁阻(GMR)效应、隧道磁阻(TMR)效应、或各向异性磁阻(AMR)效应，仅举几个示例。xMR效应可以应用于各种基于磁场的磁阻传感器，例如，用于测量转数、角度等。xMR传感器并且具体地是xMR角度传感器应当呈现出传感器层(自由层)，该传感器层能够理想地遵循外部旋转磁场的方向。由于其高信号和高准确性，并且有可能以模块化方式将xMR传感器集成到互补金属氧化物半导体(CMOS)和双极性CMOS(BiCMOS)技术上，因此它们通常是一种优于基于霍尔的角度传感器的选择。但是，这些xMR传感器有两个明显的缺点：由于各向异性效应的低磁场下的降低的准确性，并且容易受到干扰场的影响。基于xMR的角度传感器通常包括至少两个完整的惠斯通桥的系统，在GMR和TMR的情况下，至少两个完整的惠斯通桥使用所施加的磁场来提供正弦或余弦信号。该场通常由永磁体提供，并且惠斯通桥的每个电阻器中的敏感层均以完全饱和模式操作。该敏感层的磁化与外部磁场“在平面内”完全对准。但是，如果外部磁场较小，则各种原点的各向异性会引起与完全对准的偏差，从而导致角度测量的不准确，即，在存在低外部电场的情况下导致角度误差增加。为了避免这种情况，可以将具有最小场强的编码器磁体与这些类型的传感器一起使用，这通常是成本增加的代名词。具有以饱和模式操作的FL的这种传感器的输出信号不能测量外部磁场(即，B场)的场强。因此，输出信号仅取决于外部B场的旋转取向，而不取决于其场强。结果，以饱和模式操作的传感器无法确定是否由编码器磁体纯粹地生成外部磁场、或者是否存在叠加的外部干扰场。这再次导致角度测量不准确。为了克服这个问题，该系统要么必须屏蔽外部磁场，要么需要使用更坚固的磁体以减少干扰场的影响。在另一示例中，使用基于线性xMR的传感器元件，该传感器元件能够借助于呈现出传感器层的封闭磁通磁化(例如，涡流状磁化)的结构来测量平面内磁场的强度。可以通过横向结构尺寸(即，在圆形结构的情况下为直径)和/或通过传感器层的厚度来调节测量范围。形状大小越小并且传感器层厚度越大，则磁场上限越高。通常，可以达到高达～100mT的所谓的毁灭场(其中封闭磁通磁化被毁灭的场)。从光刻和工艺的角度来看，结构大小具有下限。因此，几乎不可能进一步扩展。结果，基于封闭磁通磁化传感器层的角度传感器只能用于旋转<<100mT的B场，这低于当今的某些要求。因此，需要一种能够以高准确性进行高达100mT的角度测量的场强感测元件的另一解决方案。因此，可能需要一种在不损害xMR技术优势的情况下解决这些问题的改进装置。
技术实现思路
实施例提供了一种通过使用垂直各向异性而对杂散场具有鲁棒性的磁阻传感器装置。根据一个实施例，一种磁阻传感器具有传感器平面，在该传感器平面中，磁阻传感器对磁场敏感。磁阻传感器包括：具有参考磁化的参考层，该参考磁化是固定的并且与传感器平面的平面内轴线对准；以及靠近参考层设置的磁性自由层，该磁性自由层具有沿着在传感器平面的平面外的平面外轴线对准的自由层磁化。自由层磁化被配置为在存在外部平面内磁场的情况下远离平面外轴线并且朝向传感器平面倾斜。根据另一实施例，提供了一种具有传感器平面的磁阻传感器，在该传感器平面中，磁阻传感器对外部平面内磁场敏感。磁阻传感器包括第一传感器布置和第二传感器布置。第一传感器布置包括第一多个传感器元件，其中第一多个传感器元件中的每个包括：具有第一参考磁化的第一参考层，第一参考磁化是固定的并且与传感器平面的第一平面内轴线对准；以及靠近第一参考层设置的第一磁性自由层，第一磁性自由层具有沿着平面外轴线对准的第一自由层磁化。第二传感器布置包括第二多个传感器元件，其中第二多个传感器元件中的每个包括：具有第二参考磁化的第二参考层，第二参考磁化是固定的并且与传感器平面的第二平面内轴线对准，其中第二平面内轴线垂直于第一平面内轴线；以及靠近第二参考层设置的第二磁性自由层，第二磁性自由层具有沿着平面外轴线对准的第二自由层磁化。附图说明本文中参考附图描述实施例。图1示出了根据一个或多个实施例的自旋阀GMR/TMR结构的横截面；图2示出了平面内电流隧穿(CIPT)测量，其示出了关于具有平面内方向的外部磁场的xMRz传感器电阻；图3示出了根据一个或多个实施例的GMR堆叠的竖直横截面；图4示出了根据一个或多个实施例的另一GMR堆叠的竖直横截面；图5A示出了根据一个或多个实施例的用于角度感测的、具有带有惠斯通全桥配置的垂直磁各向异性的自由层的GMR/TMR角度传感器的示意图；图5B示出了根据一个或多个实施例的当暴露于外部旋转磁场时的图5A所示的传感器结构的示例输出信号的曲线图；以及图6是根据一个或多个实施例的传感器布置的示意图。具体实施方式在下文中，将参考附图详细描述各种实施例。给出这些实施例仅出于说明性目的，而不应当被解释为是限制性的。例如，尽管可以将实施例描述为包括多个特征或元件，但是在其他实施例中，这些特征或元件中的一些可以被省略，和/或可以替换为替代特征或元件。在其他实施例中，可以提供除了明确示出或描述的特征或元件之外的其他特征或元件。另外，除非另外特别指出，否则下文中描述的不同实施例的特征可以彼此组合以形成另外的实施例。例如，关于实施例中的一个实施例描述的变化或修改也可以适用于其他实施例，除非相反地指出。因此，尽管其他示例能够具有各种修改和替代形式，但是其一些特定示例在附图中示出并且随后将详细描述。然而，该详细描述不将其他示例限于所描述的特定形式。其他示例可以覆盖落入本公开的范围内的所有修改形式、等同形式和替代形式。此外，在以下描述中用等效或相似的附图标记表示等效或相似的元素或者具有等效或相似的功能的元素。由于在附图中相同或功能等效的元素被赋予相同的附图标记，因此可以省略对具有相同附图标记的元素的重复描述。因此，为具有相同或相似附图标记的元素提供的描述可以相互交换。每当使用诸如“一个(a)”、“一个(an)”和“该(the)”等单数形式并且仅使用单个元素没有被明确地或隐式地定义为是强制性的时，其他示例也可以使用多个元素来实现相同的功能。同样，当随后将功能描述为使用多个元素来实现时，其他示例可以使用单个元素或处理实体来实现相同的功能。将进一步理解，术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“包括(includes)”和/或“包括(including)”在使用时指定所述特征、整体、步骤、操作、过程、动作、元素和/或组件的存在，但是不排除一个或多个其他特本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有传感器平面的磁阻传感器，在所述传感器平面中，所述磁阻传感器对磁场敏感，所述磁阻传感器包括：/n参考层，具有参考磁化，所述参考磁化是固定的并且与所述传感器平面的平面内轴线对准；以及/n磁性自由层，被设置为靠近所述参考层，所述磁性自由层具有沿着在所述传感器平面的平面外的平面外轴线对准的自由层磁化，其中所述自由层磁化被配置为在存在外部平面内磁场的情况下远离所述平面外轴线并且朝向所述传感器平面倾斜。/n

【技术特征摘要】
20190109 US 16/243,4501.一种具有传感器平面的磁阻传感器，在所述传感器平面中，所述磁阻传感器对磁场敏感，所述磁阻传感器包括：
参考层，具有参考磁化，所述参考磁化是固定的并且与所述传感器平面的平面内轴线对准；以及
磁性自由层，被设置为靠近所述参考层，所述磁性自由层具有沿着在所述传感器平面的平面外的平面外轴线对准的自由层磁化，其中所述自由层磁化被配置为在存在外部平面内磁场的情况下远离所述平面外轴线并且朝向所述传感器平面倾斜。


2.根据权利要求1所述的磁阻传感器，其中所述磁性自由层呈现出垂直的磁各向异性。


3.根据权利要求1所述的磁阻传感器，其中在不存在施加到所述磁性自由层的任何外部磁场的情况下，所述自由层磁化沿着所述平面外轴线对准。


4.根据权利要求1所述的磁阻传感器，其中所述磁性自由层具有本征磁各向异性，所述本征磁各向异性在不存在施加到所述磁性自由层的任何外部磁场的情况下，使所述自由层磁化沿着所述平面外轴线对准。


5.根据权利要求1所述的磁阻传感器，其中所述平面外轴线垂直于所述传感器平面。


6.根据权利要求1所述的磁阻传感器，其中所述自由层磁化被配置为基于所述外部平面内磁场的场强在所述平面外轴线与所述传感器平面之间枢转。


7.根据权利要求6所述的磁阻传感器，其中所述平面外轴线垂直于所述平面内轴线。


8.根据权利要求1所述的磁阻传感器，其中随着所述外部平面内磁场的场强增加，所述平面外轴线与所述自由层磁化之间的角度增加。


9.根据权利要求1所述的磁阻传感器，其中所述外部平面内磁场是外部旋转磁场。


10.根据权利要求1所述的磁阻传感器，其中所述磁阻传感器被配置为基于所述外部平面内磁场的取向和所述外部平面内磁场的场强来生成传感器输出。


11.根据权利要求10所述的磁阻传感器，其中所述传感器输出的大小取决于所述外部平面内磁场的场强。


12.根据权利要求11所述的磁阻传感器，其中所述传感器输出的大小与所述外部平面内磁场的场强成正比。


13.根据权利要求10所述的磁阻传感器，其中所述传感器输出的大小取决于沿着所述平面内轴线作用的所述外部平面内磁场的磁场分量的场强。

【专利技术属性】
技术研发人员：W·拉伯格，C·米伦霍夫，J·齐默，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE