在磁阻传感器中磁化的软切换的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001 ]磁阻是当向材料施加外部磁场时引起材料的电阻改变的材料的属性。磁阻的示例包括各向异性磁阻(AMR)、巨磁阻(GMR)、隧道磁阻(TMR)等。
【发明内容】
[0002]根据一些可能的实施方式，一种磁阻传感器可以包括包含第一磁阻材料的条带部分。所述磁阻传感器的条带部分可以具有:沿着第一轴的条带宽度，沿着基本上与所述第一轴垂直的第二轴的长度，第一末端，以及第二末端。所述第一末端和第二末端可以被定位在沿着所述第二轴的所述条带部分的相对末端处。所述磁阻传感器可以包括包含第二磁阻材料的延伸部分。所述磁阻传感器的延伸部分可以被定位在所述条带部分的第一末端处。所述延伸部分可以具有沿着第一轴的延伸宽度。所述延伸宽度可以大于所述条带宽度。
[0003]根据一些可能的实施方式，一种传感器模块可以包括磁阻传感器。所述磁阻传感器可以包括包含磁阻材料的条带部分。所述条带部分可以具有:沿着第一轴的第一宽度，定位在基本上与所述第一轴垂直的第二轴上的第一末端，定位在所述第二轴上的第二末端，以及测量的从所述第一末端到所述第二末端的长度。所述长度可以大于所述第一宽度。所述磁阻传感器可以包括包含磁阻材料的延伸部分。所述延伸部分可以被定位在所述条带部分的第一末端处。所述延伸部分可以具有沿着第一轴的第二宽度，并且第二宽度可以大于所述第一宽度。
[0004]根据一些可能的实施方式，一种测量磁阻的装置可以包括磁阻材料的条带部分。所述条带部分可以具有:沿着第一轴的条带宽度，沿着第二轴的基本上与所述第一轴垂直的条带长度，第一条带末端，以及第二条带末端。所述第一条带末端和第二条带末端可以定位在沿着所述第二轴的条带部分的相对末端处。所述装置可以包括磁阻材料的第一延伸部分。所述第一延伸部分可以被定位在所述第一条带末端处。所述第一延伸部分可以具有沿着第一轴的比所述条带宽度更大的宽度。所述装置可以包括磁阻材料的第二延伸部分。所述第二延伸部分可以被定位在所述第二条带末端。所述第二延伸部分可以具有沿着所述第一轴的比所述条带宽度更大的宽度。
【附图说明】
[0005]图1A-1C是本文描述的示例性实施方式的概览的图；
图2是其中可以实现本文描述的装置的示例性环境的图；
图3A-3H是根据本文描述的一些实施方式的示例性磁阻传感器的图；
图4A-4C是根据本文描述的一些实施方式的示例性传感器模块的图；
图5是示出根据本文描述的一些实施方式的磁阻传感器的示例性属性的图；
图6是示出根据本文描述的一些实施方式的磁阻传感器的其它示例性属性的图；以及图7是向磁阻传感器施加单轴外部磁场的示例的图。
【具体实施方式】
[0006]示例性实施方式的下面的详细描述参考附图。在不同图中的相同参考数字可以标识相同的或类似的元件。
[0007]磁阻传感器(例如，基于磁阻效应的传感器)可以包括一个或多个磁阻传感器元件，或由磁阻材料制成的磁阻条带(“条带”)，例如诸如镍铁(NiFe)，但不被限制到其上。由条带所展现的电阻可以取决于施加到条带的磁场的方向和/或强度。因为电阻和磁场的方向之间的关系，所以条带可以被用来测量移动磁体的速度(例如，旋转速度、线性速度等)。随着磁体移动，施加到条带的磁场的方向改变，导致条带的电阻的对应改变。通过测量电阻随着时间的变化，能够确定移动磁体的速度。作为示例，通过将磁体(例如，磁极轮)附着到轴或轮，包括条带的磁阻传感器可以被用来测量轴或轮的旋转速度，这可以被用来测量车辆的速度。
[0008]由于被称为形状各向异性的现象，磁阻条带的内部磁化(例如，内部磁场的方向)在条带的不同部分处变化。例如，更靠近条带中央的磁畴的磁矩可以比更靠近条带末端的磁矩更容易地与所施加的外部磁场对准。在向条带施加旋转磁场时，中央磁矩可以形成第一磁畴(例如，使用与所施加的磁场更加对准的磁化)，并且末端磁矩可以形成第二磁畴(例如，使用与所施加的磁场更不对准的磁化)。
[0009]在两个磁畴之间，磁阻材料的原子可以形成磁畴壁(例如，180度畴壁)，其从第一磁畴的磁化和第二磁畴的磁化转换。在所施加的磁场旋转时，条带的物理性质(例如，用于建立畴之间的接口的能量成本)可能引起磁畴壁消除，从而条带处于较低能量状态中(例如，引起在两个磁畴的磁化之间更大程度的对准)。磁畴壁的这个消除引起在条带的一些区域中磁化方向的突然的、硬的切换，这在条带的观察的电阻中创建不连续性。此电不连续性使得测量所施加的磁场方向更加困难且更不准确，进一步导致移动磁体的速度的更不准确的测量。此外，磁畴壁的消除可以从周期到周期地变化(例如，随着磁场旋转)，创建信号抖动。本文所描述的实施方式由于更不显著的(或消除的)磁畴壁而导致条带中磁化的更不突然的软切换，导致更不显著的电不连续性和更好的传感器性能。在一些实施方式中，磁阻传感器可以在旋转磁场中操作，其中磁场强度小于提供与磁场一起旋转的传感器层的完全饱和所必要的磁场。
[0010]图1A-1C是本文所描述的示例性实施方式100的概览的图。如图1A中并且由参考数字110所示，包括一个或多个磁阻传感器的速度传感器可以被定位成测量磁极轮的旋转速度。磁极轮可以具有沿着轮的圆周交替的北极和南极磁化，这创建了施加到磁阻传感器的外部磁场，如由参考数字120所示。提供图1A中所示的磁极轮作为示例，并且在一些实施方式中，其它类型的磁体可以向磁阻传感器施加外部磁场。
[0011]如由参考数字130所示，假设所施加的磁场“B”具有由包括在磁阻传感器中的磁阻条带的长度轴之下的5度的角度Φ定义的方向。在这种情况下，如所示出的，在条带的中央区域中的磁畴可以比条带的末端区域中的磁畴更容易地与所施加的磁场对准。如进一步示出的，这在中央区域的磁化和末端区域的磁化之间创建了磁畴壁。当磁极轮旋转时，所施加的磁场的方向将改变，这可以引起畴壁的消除以及磁阻传感器所测量的电阻的不连续性。
[0012]如图1B中所示，所施加磁场的测量方向和/或强度(例如，在Bx方向上)可以取决于与磁极轮相关的磁阻传感器的轴向位置。从磁极轮的中央的磁阻传感器的轴向移位除了切向单轴磁场分量外还可能引进另外的垂直轴向磁场分量。所述另外的垂直轴向磁场分量可以是移位大约90度的相位，导致所施加磁场向量的椭圆或圆形旋转。换句话说，除了在Bx方向上测量的磁场分量外，此轴向移位还可以创建在By方向上测量的磁场分量。这可以导致在Bx方向上对磁场的不准确测量，其可以被用来测量磁极轮的旋转速度。
[0013]如图1C中和由参考数字140所示，在一些情况下，磁阻传感器(示为MR传感器)可以仅包括条带部分。在这种情况下，并且如由参考数字150所示，当磁阻传感器(示为MR传感器)仅包括条带部分时，在磁场角度接近250度时，在磁阻传感器的电响应中存在大的不连续性(例如，相对于所施加磁场角度中的变化而在电阻中的变化)。此大的不连续性是去除磁畴壁的结果。此外，如由参考数字160所示，取决于其中磁场旋转的方向，电阻的变化可以具有针对X方向上特定磁场强度(例如诸如，以千分之一特斯拉为单位测量的Bx)的两个不同的值。这可以被称为磁滞。特别地，如所示出的，当X方向上磁场强度等于零千分之一特斯拉(mT)时，电阻的变化可以具有接近0.5或0.7的值。在磁阻传感器中，大约等于最大电阻变化的一半的值可以对应于惠斯通电桥(Wheatstone br idge )中的零交叉点。为了图1C的目的，0.5的电阻值变化可以被用作零交叉点以评估移动或旋转磁体的速度。因此，0.5或0.7的这些不同的可能值可能导致差的传感器性能。
[0014]在一些情况下，如由参考数字170所示，磁阻传感器可以包括条带部分和延伸超过条带部分的宽度的延伸部分。在这种情况下，且如由参考数字180所示，在电响应中的大的不连续性不再存在，并且被不同磁场角度下的较小的不连续性替代。因此，并且如由参考数字190所示，当磁场等于零千分之一特斯拉时，电阻的变化具有一个可能的值，其接近0.5的值，其可以被用作包括在磁阻传感器中的桥的零交叉点。这样，通过减少电响应中的不连续性，以及通过减少接近零交叉点值的磁滞，将延伸部分添加到条带部分改善了磁阻传感器的性能。
[0015]图2是其中可以实现本文所描述的装置的示例性环境200的图。如图2中所示，环境200可以包括磁体210、传感器模块220、一组磁阻传感器230-1到230-N(N > 1)(示为“MR传感器”，并且其在本文中可以被单独称作“磁阻传感器230”并统称为“磁阻传感器230” )、一组接触部件240、信号处理器250以及输入/输出(“10”)部件260。
[0016]磁体210可以包括一个或多个磁体。在一些实施方式中，磁体210可以包括磁极轮(例如，具有至少两个交替的极，诸如北极和南极)，如图2中所示。另外或替代