具有减小的不连续性的xMR传感器的制造方法

文档序号:9666297
具有减小的不连续性的xMR传感器的制造方法
【专利说明】具有减小的不连续性的xMR传感器
[0001]本申请为分案申请,其母案的发明名称为“具有减小的不连续性的xMR传感器”,申请日为2011年10月20日,申请号为201110320318.4。
技术领域
[0002]本发明一般涉及集成电路(1C)传感器,并且更具体地涉及用于旋转速度感测应用的磁阻1C传感器。
【背景技术】
[0003]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(μπι)的均匀宽度(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 μπι的长度的窄条。
[0004]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条长度内不均匀。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 rotat1n)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。畴壁的产生和煙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。
[0005]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。
[0006]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】

[0007]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。
[0008]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。
[0009]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。
[0010]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。
【附图说明】
[0011]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。
[0012]图2描绘了根据实施例的针对各个倾斜角的仿真结果。
[0013]图3描绘了根据实施例的针对平均倾斜角的仿真结果。
[0014]图4描绘了根据实施例的xMR条。
[0015]图5描绘了根据实施例的xMR条。
[0016]图6A描绘了根据实施例的xMR条。
[0017]图6B描绘了根据实施例的xMR条。
[0018]图6C描绘了根据实施例的xMR条。
[0019]图6D描绘了根据实施例的xMR条。
[0020]图6E描绘了根据实施例的xMR条。
[0021 ] 图7描绘了根据实施例的xMR条。
[0022]图8描绘了根据实施例的xMR条。
[0023]图9描绘了根据实施例的针对各个宽度的仿真结果。
[0024]图10描绘了根据实施例的xMR条。
[0025]图11描绘了根据实施例的xMR条。
[0026]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。
【具体实施方式】
[0027]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,CoFe、NiFe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。
[0028]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。
[0029]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。
[0030]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□进行描绘。钉扎层磁化的取向是恒定的。
[0031]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。
[0032]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。
[0033]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。
[0034]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。
[0035]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。
[0036]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40
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