具有补偿交叉轴效应的磁阻磁场传感器桥制造技术

在一个实施例中，一种磁阻（MR）磁场传感器系统包括MR磁场传感器桥。MF磁场传感器桥包括感测腿，所述感测腿具有感测元件，所述感测元件具有以第一固定磁化取向的第一层、以及以第一自由磁化取向的第二层，在零施加的磁场下，第一自由磁化取向与第一固定磁化取向正交。MF磁场传感器桥的参考腿并联地以电子方式连接到感测腿。参考腿包括至少一个参考元件，所述参考元件具有以第二固定磁化取向的第三层、以及以第二自由磁化取向的第四层，第二固定磁化取向平行于第一固定磁化取向并且与第一固定磁化取向处于相同的方向上，在零施加的磁场下，第二自由磁化取向平行于第一固定磁化取向。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有补偿交叉轴效应的磁阻磁场传感器桥本申请要求于2017年12月21日提交的并且题为“MAGNETORESITIVEMAGNETICFIELDSENSORBRIDGEWITHCOMPENSATEDCROSS-AXISEFFECT”的美国临时专利申请号62/608,658的优先权，所述美国临时专利申请的公开内容通过引用在其整体上并入本文中。
本公开涉及隧穿磁阻（TMR）磁场传感器。
技术介绍
已知的磁阻（MR）磁场传感器基于各向异性磁阻（AMR）、巨磁阻（GMR）或隧穿磁阻（TMR）。所有MR传感器必须应对的一个问题是交叉轴（crossaxis）效应，其被定义为沿非敏感方向施加的场，由于该场对磁各向异性的影响，该场改变敏感性。MR传感器通常被组合在具有高敏感性和3个正交轴的单个设备中，以用作智能电话中的地磁磁力计。为了准确地确定地球磁场相对于电话的方向，传感器在电话的所有取向上都必须具有等同的响应。来自电话中的磁性材料和软铁材料的杂散场叠加在地球场上，并且必须通过现场校准来消除。如果传感器具有高的交叉轴效应，则以高的准确度来做到这点是困难的。因此，具有带有线性响应和减小的交叉轴效应的MR磁场传感器是合期望的。具有不带有交叉轴效应的MR磁场传感器将是进一步有益的。
技术实现思路
本公开涉及一种磁阻（MR）磁场传感器桥，在一个实施例中，所述磁阻（MR）磁场传感器桥是隧穿MR（TMR）磁场传感器桥。MR磁场传感器桥提供了高线性度和经完全补偿的交叉轴效应。该桥设备的益处在于其针对包括具有很高TMR的先进材料（如MgO屏障）的所有MR水平的线性度以及对交叉轴效应的消除。与先前的设备相对照，所公开的桥的敏感性独立于外部磁场，而不论所施加的方向如何。在一个实施例中，一种MR磁场传感器系统包括MR磁场传感器桥。MF磁场传感器桥包括感测腿（leg），所述感测腿具有感测元件，所述感测元件具有以第一固定磁化取向的第一层、以及以第一自由磁化取向的第二层，在零施加的磁场下，第一自由磁化取向与第一固定磁化取向正交。MF磁场传感器桥的参考腿并联地以电子方式连接到感测腿。参考腿包括至少一个参考元件，所述参考元件具有以第二固定磁化取向的第三层、以及以第二自由磁化取向的第四层，第二固定磁化取向平行于第一固定磁化取向并且与第一固定磁化取向处于相同的方向上，在零施加的磁场下，第二自由磁化取向平行于第一固定磁化取向。在一个或多个实施例中，所述至少一个感测元件包括第一感测元件和第二感测元件。在零施加的磁场下，第一感测元件的第一自由磁化取向与第二感测元件的第一自由磁化取向相反。附加地，所述至少一个参考元件包括第一参考元件和第二参考元件。在零施加的磁场下，第一参考元件的第二自由磁化取向与第二参考元件的第二自由磁化取向相反。在一个或多个实施例中，所述至少一个感测元件包括第三感测元件和第四感测元件。第三感测元件串联地以电子方式连接到第一感测元件。第四感测元件与第二感测元件串联地以电子方式连接。在零施加的磁场下，第三感测元件的第一自由磁化取向与第四感测元件的第一自由磁化取向相反，并且在零施加的磁场下，第三感测元件的第一自由磁化取向与第二感测元件的第一自由磁化取向相反。附加地，所述至少一个参考元件包括第三参考元件和第四参考元件。第三参考元件与第一参考元件串联地以电子方式连接。第四参考元件与第二参考元件串联地以电子方式连接。在零施加的磁场下，第三参考元件的第二自由磁化取向与第四参考元件的第二自由磁化取向相反，并且在零施加的磁场下，第三参考元件的第二自由磁化取向与第二参考元件的第二自由磁化取向相反。在一个或多个实施例中，所述MR磁场传感器系统包括：存储器，其包括存储在其中的程序指令；以及控制单元，其可操作地连接到至少一个MR磁场传感器桥和存储器，控制单元被配置成执行所述程序指令，以基于来自所述至少一个MR磁场传感器桥的输入来确定与所述至少一个MR磁场传感器桥相关联的旋转取向。在一个或多个实施例中，所述MR磁场传感器系统包括第一MR磁场传感器桥和第二MR磁场传感器桥。在该实施例中，第一MR磁场传感器桥的第一固定磁化取向与第二MR磁场传感器桥的第一固定磁化取向正交。在一个或多个实施例中，所述MR磁场传感器系统包括第三MR磁场传感器桥。在该实施例中，第三MR磁场传感器桥的第一固定磁化取向与第一MR磁场传感器桥的第一固定磁化取向正交，并且第三MR磁场传感器桥的第一固定磁化取向与第二MR磁场传感器桥的第一固定磁化取向正交。在一个或多个实施例中，所述MR磁场传感器系统包括存储器，所述存储器包括存储在其中的程序指令。控制单元可操作地连接到第一MR磁场传感器桥、第二MR磁场传感器桥、第三MR磁场传感器桥和存储器。控制单元被配置成执行程序指令，以基于来自第一MR磁场传感器桥、第二MR磁场传感器桥和第三MR磁场传感器桥的输入来确定旋转取向。在一个或多个实施例中，所述至少一个MR磁场传感器桥是隧穿MR磁场传感器桥。在一个或多个实施例中，所述至少一个MR磁场传感器桥是各向异性MR磁场传感器桥。在一个或多个实施例中，所述至少一个MR磁场传感器桥是巨MR磁场传感器桥。在一个实施例中，一种形成具有至少一个MR磁场传感器桥的磁阻（MR）磁场传感器系统的方法包括：形成所述至少一个MR磁场传感器桥的感测腿，感测腿包括至少一个感测元件，所述感测元件具有以第一固定磁化取向的第一层、以及以第一自由磁化取向的第二层，在零施加的磁场下，第一自由磁化取向与第一固定磁化取向正交。所述方法进一步包括形成所述至少一个MR磁场传感器桥的参考腿，参考腿包括至少一个参考元件，所述参考元件具有以第二固定磁化取向的第三层、以及以第二自由磁化取向的第四层。所形成的感测腿和参考腿被定位成使得在零施加的磁场下，第二自由磁化取向平行于第一固定磁化取向，并且第二固定磁化取向平行于第一固定磁化取向并且与第一固定磁化取向处于相同的方向上。感测腿和参考腿并联地以电子方式连接。在一个或多个实施例中，形成感测腿包括：形成具有第一感测元件和第二感测元件的感测腿；以及将第一感测元件和第二感测元件定位成使得在零施加的磁场下，第一感测元件的第一自由磁化取向与第二感测元件的第一自由磁化取向相反。形成参考腿包括：形成具有第一参考元件和第二参考元件的参考腿；以及将第一参考元件和第二参考元件定位成使得在零施加的磁场下，第一参考元件的第二自由磁化取向与第二参考元件的第二自由磁化取向相反。在一个或多个实施例中，形成感测腿包括：形成具有第三感测元件和第四感测元件的感测腿；将第三感测元件与第一感测元件串联地以电子方式连接；以及将第四感测元件与第二感测元件串联地以电子方式连接。所述方法包括：将第三感测元件定位成使得在零施加的磁场下，第三感测元件的第一自由磁化取向与第四感测元件的第一自由磁化取向相反，并且使得在零施加的磁场下，第三感测元件的第一自由磁化取向与第二感测元件的第一自由磁化取向相反。在该实施例中，形成参考腿包括：形成具有第三参考元件和第四参考元件的参考腿；将第三参本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁阻（MR）磁场传感器系统，包括：/n至少一个MR磁场传感器桥，所述至少一个MF磁场传感器桥包括：/n感测腿，其包括至少一个感测元件，所述感测元件具有以第一固定磁化取向的第一层、以及以第一自由磁化取向的第二层，在零施加的磁场下，第一自由磁化取向与第一固定磁化取向正交，以及/n参考腿，其并联地以电子方式连接到感测腿，参考腿包括至少一个参考元件，所述参考元件具有以第二固定磁化取向的第三层、以及以第二自由磁化取向的第四层，第二固定磁化取向平行于第一固定磁化取向并且与第一固定磁化取向处于相同的方向上，在零施加的磁场下，第二自由磁化取向平行于第一固定磁化取向。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171221 US 62/6086581.一种磁阻（MR）磁场传感器系统，包括：
至少一个MR磁场传感器桥，所述至少一个MF磁场传感器桥包括：
感测腿，其包括至少一个感测元件，所述感测元件具有以第一固定磁化取向的第一层、以及以第一自由磁化取向的第二层，在零施加的磁场下，第一自由磁化取向与第一固定磁化取向正交，以及
参考腿，其并联地以电子方式连接到感测腿，参考腿包括至少一个参考元件，所述参考元件具有以第二固定磁化取向的第三层、以及以第二自由磁化取向的第四层，第二固定磁化取向平行于第一固定磁化取向并且与第一固定磁化取向处于相同的方向上，在零施加的磁场下，第二自由磁化取向平行于第一固定磁化取向。


2.根据权利要求1所述的MR磁场传感器系统，其中：
所述至少一个感测元件包括第一感测元件和第二感测元件；
在零施加的磁场下，第一感测元件的第一自由磁化取向与第二感测元件的第一自由磁化取向相反；
所述至少一个参考元件包括第一参考元件和第二参考元件；并且
在零施加的磁场下，第一参考元件的第二自由磁化取向与第二参考元件的第二自由磁化取向相反。


3.根据权利要求2所述的MR磁场传感器系统，其中：
所述至少一个感测元件包括第三感测元件和第四感测元件；
第三感测元件串联地以电子方式连接到第一感测元件；
第四感测元件与第二感测元件串联地以电子方式连接；
在零施加的磁场下，第三感测元件的第一自由磁化取向与第四感测元件的第一自由磁化取向相反；
在零施加的磁场下，第三感测元件的第一自由磁化取向与第二感测元件的第一自由磁化取向相反；
所述至少一个参考元件包括第三参考元件和第四参考元件；
第三参考元件与第一参考元件串联地以电子方式连接；
第四参考元件与第二参考元件串联地以电子方式连接；
在零施加的磁场下，第三参考元件的第二自由磁化取向与第四参考元件的第二自由磁化取向相反；并且
在零施加的磁场下，第三参考元件的第二自由磁化取向与第二参考元件的第二自由磁化取向相反。


4.根据权利要求3所述的MR磁场传感器系统，进一步包括：
存储器，其包括存储在其中的程序指令；以及
控制单元，其可操作地连接到所述至少一个MR磁场传感器桥和存储器，控制单元被配置成执行所述程序指令，以基于来自所述至少一个MR磁场传感器桥的输入来确定与所述至少一个MR磁场传感器桥相关联的旋转取向。


5.根据权利要求1所述的MR磁场传感器系统，其中：
所述至少一个MR磁场传感器桥包括第一MR磁场传感器桥和第二MR磁场传感器桥；并且
第一MR磁场传感器桥的第一固定磁化取向与第二MR磁场传感器桥的第一固定磁化取向正交。


6.根据权利要求5所述的MR磁场传感器系统，其中：
所述至少一个MR磁场传感器桥进一步包括第三MR磁场传感器桥；
第三MR磁场传感器桥的第一固定磁化取向与第一MR磁场传感器桥的第一固定磁化取向正交；并且
第三MR磁场传感器桥的第一固定磁化取向与第二MR磁场传感器桥的第一固定磁化取向正交。


7.根据权利要求6所述的MR磁场传感器系统，进一步包括：
存储器，其包括存储在其中的程序指令；以及
控制单元，其可操作地连接到第一MR磁场传感器桥、第二MR磁场传感器桥、第三MR磁场传感器桥和存储器，控制单元被配置成执行所述程序指令，以基于来自第一MR磁场传感器桥、第二MR磁场传感器桥和第三MR磁场传感器桥的输入来确定旋转取向。


8.根据权利要求1所述的MR磁场传感器系统，其中所述至少一个MR磁场传感器桥是隧穿MR磁场传感器桥。


9.根据权利要求1所述的MR磁场传感器系统，其中所述至少一个MR磁场传感器桥是各向异性MR磁场传感器桥。


10.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·恩格尔，P·马瑟，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE