专利名称：具有减小的不连续性的xMR传感器的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及集成电路(IC)传感器，并且更具体地涉及用于旋转速度感测应用的磁阻IC传感器。
背景技术：
磁场传感器可以包括巨磁阻(GMR)、隧道磁阻(TMR)、各向异性磁阻(AMR)以及其它技术，这些被统称为xMR技术。XMR技术可以用在旋转速度传感器中，所述旋转速度传感器传统地包括与垂直于传感器平面的反偏磁场结合的极轮(pole wheel)换能器轮或铁轮。 位于这些传感器中的轮附近的xMR结构通常是具有例如小于2微米(μ m)的均勻宽度(以便通过形状各向异性而提供定义的灵敏度)和例如大约300 μ m的长度的窄条。换能器极轮仅具有有限的厚度或轴向宽度，以使得磁信号场在整个xMR条长度内不均勻。随着离极轮中心的轴向距离增加，By分量增加并且在极轮的下半部和上半部之间被相移了 180度。结合相对于各个By分量被相移了 +/-90度的Bx分量，结果是在关于极轮的居中调整中对于极轮的下半部和上半部在相反的旋转方向(sense of rotation)上的磁场向量的旋转以及结果对于xMR条的下半部和上半部在相反的旋转方向上的磁场向量的旋转。取决于根据轴向位置的Bx/By分量的比率/幅值和极轮宽度，相对旋转的磁场还可能引起传感器层的相对旋转的磁化，从而产生临时的畴壁。畴壁的产生和湮灭导致输出信号的不连续性或抖动，这可能干扰对信号的解读。xMR条的形状各向异性还可能导致在条宽度内的不同磁化行为。中心的域可能非常容易地跟随外部磁场，而边缘处的磁化区域更加稳定得多。条中心与边缘之间可能发生畴壁，并且当场角或场强超过特定值时，边缘区域中的磁化方向可能沿外部场而突然转向。 该切换过程反映在电阻特性的不连续性上。对于给定的传感器材料(例如，自由层厚度材料等)发生切换时的场角取决于旋转场向量的场条件(By/Bx比率)和形状各向异性以及因此取决于条宽度。输出信号的不连续性可以经由抖动、脉冲损失等而影响对信号的解读。解决这些问题的传统途径包括在xMR传感器的后侧安装反偏磁体，以建立偏置磁场用以稳定自由层磁化的方向，这可以防止自由层旋转但是需要重大努力并且可能导致传感器灵敏度的减小。因此，期望新的解决方案以最小化xMR速度传感器的输出信号的不连续性。
发明内容
在实施例中，磁阻传感器元件包括具有多个串联段的磁阻条，这些段中的相邻段具有不同的倾斜角。在另一实施例中，磁阻传感器元件包括具有至少两个串联耦合的段的磁阻条，第一段具有负弯曲而第二段具有正弯曲。在另一实施例中，磁阻传感器元件包括具有多个串联耦合的段的磁阻条，所述多个串联耦合的段中的相邻段具有不同的宽度。
在另一实施例中，一种方法包括形成具有第一端和第二端的磁阻条；以及相对于磁阻条的中心的宽度调整第一端和第二端的宽度以补偿不想要的磁场分量。
考虑到关于附图的本发明的各个实施例的以下详细描述，可以更完整地理解本发明，其中
图1描绘了根据实施例的XMR条倾斜角。图2描绘了根据实施例的针对各个倾斜角的仿真结果。图3描绘了根据实施例的针对平均倾斜角的仿真结果。图4描绘了根据实施例的xMR条。图5描绘了根据实施例的xMR条。图6A描绘了根据实施例的xMR条。图6B描绘了根据实施例的xMR条。图6C描绘了根据实施例的xMR条。图6D描绘了根据实施例的xMR条。图6E描绘了根据实施例的xMR条。图7描绘了根据实施例的xMR条。
图8描绘了根据实施例的xMR条。图9描绘了根据实施例的针对各个宽度的仿真结果。图10描绘了根据实施例的xMR条。图11描绘了根据实施例的xMR条。尽管本发明适合于(amenable to)各种修改和替选形式，但是在附图中作为示例示出了其细节并且将详细描述这些细节。然而，应理解，意图不是将本发明限于所描述的特定实施例。相反，意图是覆盖落入所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有修改、 等同方案以及替选方案。
具体实施例方式实施例涉及xMR传感器以及xMR传感器内的xMR条的配置，该xMR传感器包括巨磁阻(GMR)、隧道磁阻(TMR)或各向异性磁阻(AMR)。GMR和TMR结构在实施例中可以具有所谓的自旋阀类型。自旋阀基本上包括两个功能磁层第一铁磁层(例如，(冲^附！^等)， 磁性地钉扎(Pin)于自然反铁磁体(例如，PtMn、IrMn等)，形成固定参考磁化；以及邻近的第二铁磁层，由非磁性中间层(例如，Cu等)磁性地解耦并且形成可以理想地跟随外部平面内磁场的方向的所谓自由层。通常，单个钉扎层被人造反铁磁体所取代，该人造反铁磁体具有耦合到自然反铁磁体的钉扎层以及通过RKKY交换而反铁磁性地耦合到钉扎层的所谓参考层。该构造相对于高磁场强度更加稳定。在实施例中，xMR条包括多个不同大小的和/或不同取向的串联连接的部分。在另一实施例中，xMR条包括变化的宽度或其它特性。这样的配置可以解决与传统xMR传感器相关联的不连续性并且提高了 xMR传感器性能。在xMR传感器中，发生边缘磁化切换时的磁场角可以取决于结构取向(形状各向异性轴)和外部磁场之间的角。对于GMR和TMR结构，参考磁化的取向确定了不连续性发生在哪个信号电平。在实施例中，相对于参考磁化具有不同取向(即，倾斜角)的多个串联连接的元件形成xMR条。在旋转场中，不连续性对于变化的条元件取向将以不同的场角发生，并且通过对多个经相移的不连续性进行平均来减小传统传感器的更显著的不连续性。图1描绘了 xMR条100的正倾斜角和负倾斜角。xMR条100以相对于外部场角的负倾斜角和正倾斜角口进行描绘。钉扎层磁化的取向是恒定的。图2是对于五个不同的倾斜角□ (0度，+/"20度和+/-45度)的仿真输出信号的曲线图。为了便于图示，每个角的不连续性被圈出。如可以看出的，各个倾斜角的不连续性发生于不同的磁场角。例如，-20度的倾斜角的不连续性发生于大约35度的磁场角，而+20 度的倾斜角的不连续性发生于大约75度的磁场角。然而，如果根据实施例对图2中描绘的信号进行平均，则可以获得显著更平滑的特性。这在图3中示出，图3还包括如图2中描绘的对于0度的仿真以进行比较。如在图 3中可以看出的，在平均信号中不再存在大的不连续性，而是仅少量被圈出的波动。在实施例中，这些波动可以通过对平均信号的进一步离散化来移除。0度时信号的不连续性仍可以在图3中看出。对图3的结果进行扩展，实施例因此形成了相对于参考磁化轴具有变化的倾斜角和配置的多个串联连接的xMR部分、段或元件的xMR条。在实施例中，这些变化的倾斜角可以提供具有减小的或消除的不连续性的“平均”输出信号。在图4中描绘了 xMR条200的实施例。XMR条200包括多个xMR段200a_200n。xMR 段200a-200n的数量在实施例中可以变化。在图4的实施例中，xMR段200a-200n中的相邻 xMR段具有相反的倾斜角；xMR段200a具有负倾斜角，而xMR段200b具有正倾斜角。如在 xMR段200a与xMR段200e之间进行比较时可以看出的，倾斜角的度数也变化。在该实施例中，中心xMR段200 j具有0度的倾斜角。除了具有变化的倾斜角之外，xMR段200a-200n可以具有变化的长度；例如，再次将段200a与段200e进行比较。通过改变特定元件的长度， 可以定义其在平均函数中的权重。条200的特定配置仅例证了一个实施例，并且在其它实施例中设想具有不同变化的倾斜角和长度的其它配置。在图5中描绘了 xMR条300的另一实施例。xMR条300包括连续增加和降低的倾斜角S形。xMR条300的配置可以认为具有三段负弯曲段300、0度段300b以及正弯曲段 300c。由于段300a和300c的类似的但相反的取向，因此如在上述其它实施例中的，xMR条 300提供了正倾斜取向和负倾斜取向的相等部分以提供有效的平均。如在图4中的，条300 的特定配置仅例证了一个实施例，并且在其它实施例中设想具有不同弯曲段、长度和/或取向的其它配置。在图6A和6B中描绘了其它xMR条实施例。在图6A和6B中，通过利用适当的金属或其它连接器408将条400划分成多个串联(图6A)或并联(图6B)耦合的相邻子条402、 404和406，与其它实施例相比，xMR条400可以具有减小的高度。在实施例中，如图6A和 6B中所描绘的，子条402、404和406被布置为基本上彼此平行。图6B另外包括子条407。 如在其它实施例中的，每个子条402、404和406均包括多个具有交变的倾斜角的xMR段。 在图6A和6B的实施例中，倾斜角的度数一般在子条之间变化。例如，子条402的段的倾斜角大于子条404的段的倾斜角，所述子条404的段的倾斜角又大于子条406的段的倾斜角。即使在不均勻的磁场条件下，这样的配置仍然可以呈现有效的信号平均。另外，子条的宽度也可以变化，从而影响了切换不连续性的角相位，这可以导致有效的几何平均(参照例如图 6B)。如在图4和5中的，条400的特定配置仅例证了一个实施例，并且在其它实施例中设想具有子条和/或段的不同变化的倾斜角、长度、数量及配置和/或其它特性的其它配置。在图6C中描绘了另一 xMR条450。xMR条450包括串联耦合的段452、454、456和 458，每段均具有不同的宽度且具有相同的长度轴取向。由于宽度相关的形状各向异性，因此每个段452-458均展现切换不连续性的不同相位角并且因此出现平均效果。尽管宽度从段452到458增加，但是在其它实施例中其它配置是可能的，图6C仅例证了一个实施例。在图6D中描绘了另一实施例。在图6D中，xMR条460包括多个串联耦合的条段 462、464、466和468，每段均具有相同的标称宽度和长度轴取向。由于段462-468因形状各向异性(例如由于xMR构造工艺的局部波动)而没有相同的值，因此切换不连续性的相位角对于各个段462-468将不同。结果，出现平均效果。如果长条被再划分成由连接器串联连接的子条，从而保持全条长度，如图6E中的条470中所描绘的，则这也会发生。磁性的解耦允许单个子条472、474、476根据其磁性的自然波动而单独地反作用于外部磁场，这导致平均效果。在图7中描绘了另一 xMR条500，与图5在概念上有些类似。xMR条500包括由适当的金属或其它连接器502串联连接的两段500a和500b。如在xMR条300中的，条500呈现倾斜角的连续分布，从而提供了段500a和500b的磁行为的高度有效的几何平均。如先前所提到的，不连续性也可以在实施例中通过包括变化的宽度或其它特性 (诸如形状各向异性)的xMR条来解决。传统的xMR传感器包括条诸如图1中所描绘的条(各向同性矩形)。然而，这样的条可能产生180度畴壁，这是因为自由层磁化被暴露于旋转场， 该旋转场由于寄生By分量而具有相反的旋转方向。然而，本文中讨论的实施例通过利用变化的、经适配的xMR条宽度来防止磁化完全旋转而避免这些畴壁及其相关的不连续性。减小的条宽度导致增加的形状各向异性，因此导致其中出现磁场旋转的区域中的增强的磁化稳定性。旋转场的By分量越强，条宽度需要越小。结果，在实施例中，条宽度朝向条端连续减小。在图8中描绘了实施例。在图8中，xMR条600在每个端处具有第一宽度wl，并且在中间具有第二宽度《2，其中宽度在每个端与中间之间变化。在另一实施例中，条600在每个端处具有不同的宽度。在图9的曲线图中描绘了 xMR条600的仿真结果，其中wl是1微米(μπι)而w2是 1.5 μπι。此外，描绘了对于具有1 ym和1.5 μ m的宽度的两个传统条的仿真结果。如可以看出的，对于楔形条600没有观察到输出信号的不连续性或突然跳变，这是因为没有产生180度畴壁。此外，对于具有1 μ m的宽度的传统条，在输出信号中没有看到突然跳变， 但是增强的形状各向异性导致灵敏度的不利减小。在图10和11中描绘了另外的实施例。在图10中，xMR条700具有与图8的条600 的轮廓类似的轮廓，但是条700包括多个由适当的金属或其它连接器702耦合的各个条段 700a-700eo尽管条700包括五段700a-700e，但是其它实施例可以包括更多或更少段。此外，在各个实施例中，每个各个段可以是各向同性矩形或者具有变化的宽度。在图11中，xMR条800具有反楔形，其中每个端处的wl大于中间的w2。条800与图8的条600类似但是相反。至于条600，条800在每个端处也可以具有不同的宽度。条 800可以用在当使用具有垂直于传感器平面的磁化的反偏磁体时的实施例中，其包括沿条长度的对称双极偏置场(By分量)。By分量的幅值从中心到条端增加。条宽度朝向端的增加导致逐渐减小的形状各向异性，这因此通过By分量而对减小的灵敏度具有补偿效果。结果，整个条800的灵敏度不一定降低。实施例还可以包括本文中讨论的各种条的混合配置。例如，条200可以包括形状像条600的段200a-200n。如本领域技术人员所理解的，各种其它配置也是可能的，例如，不同宽度和角的组合。因此，本文中讨论的实施例可以解决与传统xMR传感器相关联的不连续性。因而， 实施例可以提高xMR传感器性能并且提供优于传统传感器的优点，包括减小的或消除的不连续性。本文中已描述了系统、设备和方法的各个实施例。这些实施例仅作为示例给出，而不旨在限制本发明的范围。另外，应理解，已描述的实施例的各个特征可以以各种方式组合以产生大量另外的实施例。另外，尽管针对与所公开的实施例一起使用而描述了各种材料、 尺寸、形状、植入位置等，但是在不超过本发明的范围的情况下，可以利用除所公开的那些之外的其它材料、尺寸、形状、植入位置等。相关领域的普通技术人员将认识到，本发明可以包括比上述任何各个实施例中示出的特征少的特征。本文中所描述的实施例不打算是其中可以组合本发明的各个特征的方式的穷举介绍。因此，实施例是特征的不相互排斥的组合；相反，如本领域的普通技术人员所理解的，本发明可以包括选自不同各个实施例的不同各个特征的组合。通过对以上文献的引用的任何合并被限制为使得不合并与本文中的明确公开内容相反的任何主题内容。通过对以上文献的引用的任何合并进一步被限制为使得文献中包括的权利要求不通过引用而被合并在本文中。通过对以上文献的引用的任何合并还进一步被限制为使得文献中所提供的任意定义不通过引用而被合并在本文中，除非明确地包括在本文中。为了解读本发明的权利要求，明确地旨在不援引35 U. S. C.的第112章第六段的规定，除非在权利要求中记载了特定术语“用于…的装置”或“用于…的步骤”。
8
权利要求
1.一种磁阻传感器元件，包括磁阻条，包括多个串联段，其中所述段中的相邻段具有不同的倾斜角。
2.根据权利要求1所述的磁阻传感器元件，其中所述多个串联段中的至少一个的宽度与所述多个串联段中的至少一个其它段的宽度不同。
3.根据权利要求1所述的磁阻传感器元件，其中所述磁阻条是巨磁阻(GMR)条、隧道磁阻条(TMR)或各向异性磁阻条(AMR)中的一种。
4.根据权利要求1所述的磁阻传感器元件，其中所述不同的倾斜角包括正倾斜角和负倾斜角。
5.根据权利要求1所述的磁阻传感器元件，其中所述不同的倾斜角包括不同的倾斜度。
6.根据权利要求1所述的磁阻传感器元件，其中所述磁阻条包括具有0度的倾斜角的中心段。
7.根据权利要求1所述的磁阻传感器元件，其中第一多个串联段形成第一子条，并且第二多个串联段构成第二子条，所述第一子条和所述第二子条串联连接。
8.根据权利要求7所述的磁阻传感器元件，其中所述第一子条和所述第二子条被布置为基本彼此平行。
9.根据权利要求1所述的磁阻传感器元件，其中第一多个串联段形成第一子条，并且第二多个串联段构成第二子条，所述第一子条和所述第二子条并联连接。
10.根据权利要求1所述的磁阻传感器元件，其中第一多个串联段形成第一子条，并且第二多个串联段构成第二子条，所述第一子条和所述第二子条具有不同的宽度。
11.根据权利要求1所述的磁阻传感器元件，其中所述相邻的串联段由连接器连接。
12.一种磁阻传感器元件，包括磁阻条，包括串联耦合的至少两段，第一段具有负弯曲而第二段具有正弯曲。
13.根据权利要求12所述的磁阻传感器元件，其中所述磁阻条是巨磁阻(GMR)条、隧道磁阻条(TMR)或各向异性磁阻条(AMR)中的一种。
14.根据权利要求12所述的磁阻传感器元件，其中所述磁阻条大体上为S形。
15.根据权利要求12所述的磁阻传感器元件，其中所述磁阻条包括第三段，所述第三段具有0度倾斜角并且将所述第一段与所述第二段耦合。
16.根据权利要求12所述的磁阻传感器元件，其中所述第一段和所述第二段以圆形配置被布置为彼此相对，其中所述第一段的第一端与所述第二段的第一端耦合并且所述第一段和所述第二段中的每个的第二端无耦合。
17.根据权利要求16所述的磁阻传感器元件，其中所述第一段和所述第二段的第一端由连接器耦合。
18.一种磁阻传感器元件，包括磁阻条，包括多个串联耦合的段，所述多个串联耦合的段中的相邻段具有不同的宽度。
19.一种方法，包括形成具有第一端和第二端的磁阻条；以及相对于所述磁阻条的中心的宽度调整所述第一端和所述第二端的宽度以补偿不想要的磁场分量。
20.根据权利要求19所述的方法，其中调整包括使得所述第一端和所述第二端的宽度小于所述中心的宽度。
21.根据权利要求20所述的方法，其中调整包括使得所述第一端和所述第二端的宽度随着不想要的By磁场分量增加而越小。
22.根据权利要求19所述的方法，其中调整包括使得所述第一端和所述第二端的宽度大于所述中心的宽度。
23.根据权利要求22所述的方法，其中调整包括使得所述第一端和所述第二端的宽度随着不想要的By磁场分量降低而越大。
24.根据权利要求19所述的方法，其中形成包括串联耦合多个磁阻条段以形成所述磁阻条。
25.根据权利要求19所述的方法，其中形成包括形成具有不同宽度的所述多个磁阻条段的相邻段。
全文摘要
本发明涉及具有减小的不连续性的xMR传感器。实施例涉及xMR传感器和xMR传感器内的xMR条的配置，该xMR传感器包括巨磁阻(GMR)、隧道磁阻(TMR)或各向异性磁阻(AMR)。在实施例中，xMR条包括多个不同大小和/或不同取向的、串联连接的部分。在另一实施例中，xMR条包括变化的宽度或其它特性。这样的配置可以解决与传统xMR传感器相关联的不连续性并且提高xMR传感器性能。
文档编号G01P3/44GK102539814SQ201110320318
公开日2012年7月4日 申请日期2011年10月20日 优先权日2010年10月20日
发明者J.齐默, W.拉贝尔格 申请人:英飞凌科技股份有限公司