本发明专利技术提供一种两级放大的低频磁阻传感器，包括基底、磁电阻传感元件、MEMS谐振器、两级放大调制结构，所述磁电阻传感元件设于所述基底的上端面，所述MEMS谐振器安装于所述基底上，所述两级放大调制结构包括两个第一磁力线聚集器和第二磁力线聚集器，所述两个第一磁力线聚集器对称设于所述磁电阻传感元件的两侧，所述第二磁力线聚集器设于所述MEMS谐振器表面，并在所述MEMS谐振器的带动下沿上下向振动。通过增添了一对磁力线聚集器，使得传感器感受的直流或低频磁场在被调制到高频场的同时，传感器的灵敏度也得到了很大的提升，从而更有效地抑制了1/f噪声，进一步提高了传感器的分辨率。的分辨率。的分辨率。
【技术实现步骤摘要】
一种两级放大的低频磁阻传感器及其制备方法
[0001]本专利技术涉及传感器
，特别涉及一种两级放大的低频磁阻传感器及其制备方法。
技术介绍
[0002]磁阻式传感器由于具有体积小、灵敏度高、功耗低等优点，近年来被广泛应用于微弱磁场的测量中，然而在低频段磁阻传感器受1/f噪声的干扰较大，传感器对直流或低频磁场的分辨率较低，使得传感器的应用受到了极大的限制。采用微机电系统(Micro electro
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mechanical system，简称MEMS)将磁阻传感器感受的直流或低频场调制到高频段(大于10kHz)是目前抑制1/f噪声的有效手段，传感器的磁场分辨率可以被提高近三个数量级。
[0003]现有的MEMS磁阻传感器往往采用一对高磁导率的软磁薄膜(下文中统称为磁力线聚集器)放大磁阻传感元件周围的磁场，由于局部磁场被放大，传感器的灵敏度也因此增大，MEMS结构带动磁力线聚集器做高频振动，磁阻传感器感受的磁场也被调制到了高频段，有效抑制了1/f噪声，传感器对于直流或低频场的分辨率也被大幅度地提高。
[0004]例如葡萄牙INESC的A.Guedes领导的小组曾提出过一种双压电驱动的磁力线调制方案，该方案将自旋阀(磁阻传感器的一种)置于一对悬臂梁的间隙中，悬臂梁上沉积了AlN，磁力线聚集器沉积在AlN上，当悬臂梁受压电效应驱动时，磁阻传感元件两端的磁力线聚集器也随之上下振动，传感器感受的直流或低频场被调制到高频段，有效抑制了1/f噪声。
[0005]我国国防科技大学也提出过垂直运动调制方案，该方案也是采用一对磁力线聚集器放大磁阻传感元件感受的磁场，传感元件的正上方有一个带有软磁薄膜的悬臂梁，悬臂梁上下振动时，传感元件感受到的磁场也被调制到了高频段。
[0006]这些调制方案都只采用了一对磁力线聚集器放大磁阻传感元件的磁场，传感器的灵敏度还有很大的提升空间。
技术实现思路
[0007]本专利技术的主要目的是提供一种两级放大的低频磁阻传感器及其制备方法，旨在改善现有技术中，传感器灵敏度低的技术问题。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供一种两级放大的低频磁阻传感器，包括基底、磁电阻传感元件、MEMS谐振器、两级放大调制结构，所述磁电阻传感元件设于所述基底的上端面，所述MEMS谐振器安装于所述基底上，所述两级放大调制结构包括两个第一磁力线聚集器和第二磁力线聚集器，所述两个第一磁力线聚集器对称设于所述磁电阻传感元件的两侧，所述第二磁力线聚集器设于所述MEMS谐振器表面，并在所述MEMS谐振器的带动下沿上下向振动。
[0009]可选地，所述磁电阻传感元件包括AMR传感器件、GMR传感器件、TMR传感器件。
[0010]可选地，所述MEMS谐振器包括硅层和压电驱动层，所述压电驱动层设于所述基底
的上端面，所述硅层安装于所述基底的下端面，并且所述第二磁力线聚集器设于所述硅层的下表面。
[0011]可选地，所述MEMS谐振器包括硅层、金属层和交流激励门栅，所述硅层安装于所述基底的上端面，所述金属层安装于所述硅层的上表面，所述第二磁力线聚集器设于所述金属层的上表面，所述交流激励门栅设于所述硅层的下方。
[0012]此外，为了实现上述目的，本专利技术还提供了基于压电驱动原理的两级放大的低频磁阻传感器的制备方法，包括如下方法步骤：
[0013]步骤1：依次使用丙酮、无水乙醇、去离子水清洗SOI基底；
[0014]步骤2：在所述SOI基底上热氧化300～600nm厚的SiO2；
[0015]步骤3：采用磁控溅射仪在所述SOI基底上溅射磁电阻传感元件；
[0016]步骤4：光刻后刻蚀所述磁电阻传感元件，刻蚀至底电极，将所述磁电阻传感元件刻蚀成180um2‑
270um2的矩形；
[0017]步骤5：光刻后刻蚀底电极，将底电极刻蚀成1600um2‑
2400um2的方形；
[0018]步骤6：光刻后采用等离子体增强化学气相沉积设备沉积所述SiO2钝化层；
[0019]步骤7：剥离所述SiO2，将顶电极与底电极露出；
[0020]步骤8：光刻后溅射金属层(Ti/Au、Ti/Al、Ti/Pt)；
[0021]步骤9：剥离所述金属层(Ti/Au、Ti/Al、Ti/Pt)，以限定出顶电极与底电极形状；
[0022]步骤10：光刻后电镀高磁导率材料；
[0023]步骤11：剥离所述高磁导率材料，以限定出磁力线聚集器的形状；
[0024]步骤12：光刻后溅射压电材料；
[0025]步骤13：剥离压电材料以限定出压电驱动层的形状；
[0026]步骤14：光刻后采用反应离子刻蚀刻蚀SiO2，露出部分SOI片上的Si层；
[0027]步骤15：光刻后溅射所述金属层(Ti/Au、Ti/Al、Ti/Pt)；
[0028]步骤16：剥离所述金属层(Ti/Au、Ti/Al、Ti/Pt)以限定出压电材料电极形状；
[0029]步骤17：光刻后采用深反应离子刻蚀刻蚀SOI上暴露出的Si层，以限定出悬臂梁的形状；
[0030]步骤18：光刻后采用深反应离子刻蚀刻蚀SOI背面的Si层；
[0031]步骤19：光刻后采用反应离子刻蚀刻蚀SOI背面的SiO2层，使悬臂梁悬空；
[0032]步骤20：光刻后电镀高磁导率材料；
[0033]步骤21：剥离高磁导率材料以限定出磁力线聚集器的形状；
[0034]步骤22：对磁阻传感器进行退火，使得磁电阻传感元件的磁畴重排列。
[0035]此外，为了实现上述目的，本专利技术还提供了基于静电驱动原理的两级放大的低频磁阻传感器的制备方法，包括如下方法步骤：
[0036]步骤1：依次使用丙酮、无水乙醇、去离子水清洗Si/SiO2基底；
[0037]步骤2：采用磁控溅射仪在基底上溅射磁电阻传感元件；
[0038]步骤3：光刻后刻蚀所述磁电阻传感元件，刻蚀至底电极，将所述磁电阻传感元件刻蚀成180um2‑
270um2大小的矩形；
[0039]步骤4：光刻后刻蚀底电极，将底电极刻蚀成1600um2‑
2400um2大小的方形；
[0040]步骤5：光刻后采用等离子体增强化学气相沉积设备沉积SiO2钝化层；
[0041]步骤6：剥离SiO2，将顶电极与底电极露出；
[0042]步骤7：光刻后溅射金属层(Ti/Au、Ti/Al、Ti/Pt)；
[0043]步骤8：剥离所述金属层(Ti/Au、Ti/Al、Ti/Pt)以限定出顶电极与底电极形状；
[0044]步骤9：光刻后电镀高磁导率材料；
[0045]步骤10：剥离所述高磁导率材料以限定出磁力线聚集器的形状；
[0046]步骤11：光刻后溅射高电导率金属；
[0047]步骤12：剥离所述高电导率金属以限定出交流激励门栅的形状；
...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种两级放大的低频磁阻传感器，其特征在于，包括基底、磁电阻传感元件、MEMS谐振器、两级放大调制结构，所述磁电阻传感元件设于所述基底的上端面，所述MEMS谐振器安装于所述基底上，所述两级放大调制结构包括两个第一磁力线聚集器和第二磁力线聚集器，所述两个第一磁力线聚集器对称设于所述磁电阻传感元件的两侧，所述第二磁力线聚集器设于所述MEMS谐振器表面，并在所述MEMS谐振器的带动下沿上下向振动。2.如权利要求1所述的两级放大的低频磁阻传感器，其特征在于，所述磁电阻传感元件包括AMR传感器件、GMR传感器件、TMR传感器件。3.如权利要求1所述的两级放大的低频磁阻传感器，其特征在于，所述MEMS谐振器包括硅层和压电驱动层，所述压电驱动层设于所述基底的上端面，所述硅层安装于所述基底的下端面，并且所述第二磁力线聚集器设于所述硅层的下表面。4.如权利要求1所述的两级放大的低频磁阻传感器，其特征在于，所述MEMS谐振器包括硅层、金属层和交流激励门栅，所述硅层安装于所述基底的上端面，所述金属层安装于所述硅层的上表面，所述第二磁力线聚集器设于所述金属层的上表面，所述交流激励门栅设于所述硅层的下方。5.一种两级放大的低频磁阻传感器的制备方法，其特征在于，包括如下方法步骤：步骤1：依次使用丙酮、无水乙醇、去离子水清洗SOI基底；步骤2：在所述SOI基底上热氧化300～600nm厚的SiO2；步骤3：采用磁控溅射仪在所述SOI基底上溅射磁电阻传感元件；步骤4：光刻后刻蚀所述磁电阻传感元件，刻蚀至底电极，将所述磁电阻传感元件刻蚀成180um2‑
270um2大小的矩形；步骤5：光刻后刻蚀底电极，将底电极刻蚀成1600um2‑
2400um2大小的方形；步骤6：光刻后采用等离子体增强化学气相沉积设备沉积所述SiO2钝化层；步骤7：剥离所述SiO2，将顶电极与底电极露出；步骤8：光刻后溅射金属层(Ti/Au、Ti/Al、Ti/Pt)；步骤9：剥离所述金属层(Ti/Au、Ti/Al、Ti/Pt)，以限定出顶电极与底电极形状；步骤10：光刻后电镀高磁导率材料；步骤11：...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈嘉民，焦奇峰，
申请(专利权)人：中国科学院空天信息创新研究院，
类型：发明
国别省市：
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