专利名称：具有磁阻效应的装置及其应用的制作方法
具有磁阻效应的装置及其应用
本发明涉及一种具有磁阻效应的装置，特别是一种具有至少 一个电 子薄层构件的装置。这种装置例如用作用于进行位置测量和电流测量的
传感器，或者用于以电磁层结构(AMR/GMR/TMR)为基础进行测量石兹 场的传感器或者用作霍耳传感器。
已公开一 系列的具有磁阻效应的薄层构件。与在单层系统中出现的 传统的"AMR (各向异性磁阻)"效应相比较，它们的敏感性明显地特 别是提高，尤其提高了至少一个数量级。所谓的GMR (巨磁电阻)效 应和TMR (隧道磁电阻)效应是它们的主要代表。
例如在由J. Wecker、 R.Richter和Kinder所著的，发表在"Physik in unsererZeit (当代物理)"，2002,第33年度，第5册第210页，文 章 "Sandwiches mit riesigem Magnetwiderstand (具有巨石兹电阻的层卩犬 结构)"中描述了这些效应。
这些效应在多方面可使用的装置中得到应用。然而在到迄今为止所公开的传感器装置中存在着下述缺点，即它们 的生产成本高，并且主要是由脆性和/或刚性的材料制成。
因此本发明的任务是提供一种具有磁阻效应的薄层装置。它可成本 有利、大面积和/或大量生产，和/或包括易弯曲或者柔性的层。
这个任务的解决方案和本发明的主题是一种装置，其包括在基底上 具有至少三个层的有机电子薄层构件以及至少一个磁场产生设备，其 中，所述装置如此设置的，使得磁场产生设备在有机电子薄层构件中引 起磁阻的变化。此外，本发明的主题还包括这种装置的应用，它用于线 性运动、旋转运动的位置测量、角度测量、通过由电流产生的；兹场的电 流测量和/或磁场测量(罗盘)。
这种装置也叫有机磁阻(Organisch magneto resistive—OMR)装置。
根据本发明的实施形式，如此地选择薄层的材料，即尽可能地抑制 通常在传统的磁阻传感器中出现的磁滞效应。
有机薄层的特另'J的优点例如是可将这些层作为薄膜涂覆，例如涂覆 在一种作为载体物质的薄膜基底上，总体地产生一种也能大面积生产的 柔性的和可弯曲的装置。除了制造成本低外一例如有机电子构件可简单地通过压制技术，或 者通过刮制或者压制制成一这类装置的优点主要在于磁滞效应的消失
和各向同性较高 一 由于所采用的磁性材料，在当前所研制的传感器中， 这两个特征只能以^艮高的费用才能实现。
根据一种实施形式，有机磁阻装置设计为一种传感器。在这种情况 中，除了有机电子构件、用于磁场产生设备外，还设置了另一设备。这 个设备用于确定有机构件中的磁阻变化，例如附加地通过分析电子装置 进行处理，并且继续传输。
按照一种有利的实施形式，所述装置是一种长期稳定的有机磁阻装 置，例如是一种具有很小活性电极的传感器，这例如可通过使用掺杂的 输送层可以实现。这种传感器对于腐蚀足够稳定，其结果是可以放弃封 装，以提供一种长期稳定的仪器。
按照另一实施形式，有机构件的功能层中的至少一个层被掺杂，以 便能有针对性地调节起动电压和/或工作电压。
有机电子构件包括至少三个层，两个能导电的层和一个有机薄层。 在这种情况中，"层"的概念不是狭义地解释为单独的层，而是指的一 种功能性。因此，其中一个能导电的层完全可以通过掺杂中间层代替， 其中，对于在薄层构件中计数层时只在这样的位置处只算为一层，但从 功能性上讲在该层中包含有两层。
每层都可以掺杂任意的掺杂物。所设想的掺杂物和掺质例如在
Applied Physics Letter (应用物理通讯)88, 152107 ( 2006 )和在Journal of Applied Physics (应用物理杂志)94巻,l号第359页中有描述。
有机薄层可以是半导体的、导体的或者是绝缘的。其中，这些概念 没有严格的界限，而是连续地转换。然而在有机电子构件的内部划分却 是明确的，因为可与其余的层有关联地明确地说明，有机电子薄层构件 的层中的哪个层是起半导体、导体或者绝缘的作用。
有机电子构件还可附加地具有其它的功能，例如它可以具有一种自 放射层、电致变色层和/或光敏层。这些层也可以任意地和其它一些层连 接存在。
能导电的层或者是有机薄层构件的一个或者所有的外部层，特别是 电极层既可是透明的，也可是不透明的。
三层中的每一层可通过任意的辅助层补充，有机电子构件既可以封装地存在，也可以不封装地存在。
本发明建议，根据型式和所需的稳定性设置封装。这种封装由一种 贴粘的玻璃板/罩，或者一列彼此叠置的薄层构成。也可以采用这两个方 案的混合形式，例如将一列薄层列粘贴到盖板玻璃上。
和未封装的有机磁阻构件相比一在此尽可能地设置活性的阴极一 根据本发明的应用型式可达到长时间的稳定性，这种长时间稳定性可以 应用在不同的用途中。在这种情况中例如通过薄层封装可进一步地达到 一种柔性的构件。此外也可以将有机磁阻器件设置在可弯曲的薄玻璃 上，并且用它进行密封。也可以设置一种柔性的承载薄膜，在该承载薄 膜上已设置所述装置，而在另一侧又可用作密封/封装。
事实证明，具有支承磁体的有机磁阻装置的实施形式特别适用于线 性运动、旋转运动的位置测量、角度测量、通过由电流产生的磁场的电 流测量和/或^磁场(罗盘)的测量。
本发明的这一 实施形式包括偏置磁体。这个偏置磁体将电阻变化曲 线(针对磁场)移向工作点，在该工作点处，可以更高的精度和近似线 性地重现待测量的外磁场的变化。该偏置磁体典型地在空间上靠近构件 设置。这样一种装置也可以叫做具有支持磁场的有机磁阻传感器。
可通过传感器或者传感器芯片下面的永久磁体产生支持磁场。通过 传感器材料、它的几何形状和到传感器的距离调节磁场的强度。其示例 可以是价廉的铁氧体磁体，或者在必要时的小的结构尺寸时的稀土磁体
(基于Sm-Co或者Nd-Fe-B基)。也可以和塑料化合的磁体的形式使用 这些材料。支持磁场大于lmT,有利地大于5mT。
此外，在采用压制方法廉价生产方面，下述做法是有利的，即将这 些磁体直接压到待敷设的传感器层的上面或者下面，其措施是将相应的 磁粉混合到可压的介质中，然后再涂敷其上。为了进行绝缘，在磁层和 传感器层之间必须设置介电层。在使用传感器阵列/点位化传感器时，按 照一种实施形式也可将-兹层点位化地涂覆其上。
下面借助六个附图对本发明的优选的实施形式进行更加详细的说
明，其中所述实施形式包括偏置磁体。
图1为具有支持磁场Hb和有阴影线的工作区的原理上的特性曲线 图。在外部磁场H的作用下，有机磁阻装置的电阻R发生变化。当零磁 场时(外部磁场=0),在这种情况下，当磁场变化很小时，这些特征曲线R (H)仅发生很小的变化。因此，由于磁性的支持磁场，传感器的 工作点会移动到特征曲线显示出最大灵敏度的那个区域中。
图2示出具有偏置磁体的装置。从该图中可看到基底3，其中，在 基底的上侧面上可以看到根据本发明的具有有机电子薄层构件1的有机 磁阻装置，并且在该基底3的另一侧设置具有面内磁化的支持磁场2。
替代上述方案，图3示出具有中间地设在有机磁阻装置1和支持磁 体2之间的基底3的相同结构。然而不同之处在于，在此支持磁体2这 里有垂直的磁化。
对于待测量的磁场也是在层平面内起作用时(图2),磁场在层平 面内起作用。若传感器是如此地运行，即要测量垂直于层平面的磁场分 量时，这时支持磁体/支持磁层垂直地被磁化(图3)。
图4、 5和6示出具有支持磁体的实施形式的一些改型方案，其中， (图4)在有机磁阻装置1上的绝缘层4的上面设置有支持磁体2,其 中，该有机磁阻装置1在它那侧设置在基底3上。
在图5中支持磁体设置在基底3和有机磁阻装置1之间，其中，绝 缘层4又是设置在有机磁阻装置1和支持磁体之间。
最后图6示出用以产生偏置磁场且具有集成的磁层的传感器矩阵。
在此该矩阵的单个点位的结构相当于图5中的结构，然而传感器矩阵绝
不局限于这个方案。
从单个实施形式的组合中得到根据本发明的其它的有利的实施形式。
有机电子构件是以有机薄层为基础。按照本发明的意义，有机电子 构件在薄层技术中是没有限制的。
"有机材料"的概念应理解为除了传统的以锗、硅等为基础的半导 体材料以外的所有类型的有机的、金属有机物的和/或无机物的塑料。也 可以使用填充塑料和混合材料。此外，"有机材料"的概念也不应局限 于含碳的材料，而是也可以是如硅树脂这样的材料。此外，除了聚合物
质和寡聚物质以外，还可以使用所谓的"小分子"材料。
这样，功能性的半导体层可由有机材料构成，例如聚噻吩、聚烷 基噻吩、聚二已基三噻吩(PDHTT)、聚亚噻吩亚乙烯、聚芴衍生物、 聚苯基乙烯(Polyvenylenvinylen—PPV)构成，或者同系替4戈物的另一 些有变化的聚合物构成，以指出可能物质的选择。这些材料可有任意的
6掺杂物，其中，也不必对整层进行掺杂，而是例如只能掺杂那个和下一 层相邻的区域(界面)。
具有任意填充物、也包括能导电的和/或磁的填充物的任意聚合物都 可用作有机材料。这些填充料也可以以任意的馏出物存在，并且粒度和 成分可以任意变化。除此以外或者补充地，也可在聚合物中使用化合的磁粉。
有机材料可以是反磁一顺磁一铁磁一反铁磁和/或铁氧磁的。也可以
使用LC材料，只要在这些材料中通过在外部设置的磁场能产生一种磁 阻的变化。
在有机电子构件的层顺序中,也可设置一个或者多个用于专门的载 流子的层，例如空穴输送层或者激子输送层。在这方面可以采用在文献 中关于这些中间层已公开的用于中间层的材料。例如已公开由TAD( 4,4， 双(3-曱基苯基苯基氨基) 一联苯构成的中间层。
例如在有机电子构件具有自放射层时，由有机材料构成的层也可包 括单个的或者三合一 的放射材料。
有机材料构成的层按照通常的涂层方法制成。例如该层可用溶液通 过旋涂、刮涂和/或压制方法涂覆其上。这些层可以是由有机材料制成的 半导体的、导体的和/或绝缘的层。
按照本发明的实施形式，在所述装置中包括至少两个按照薄层技术 制成的有机电子构件。也可将多个有机电子构件叠置地包含在该装置 中。
这些叠置顺序例如可通过充电生成层(Charge Generation Layers— CGL)或者阳极-阴极层(Anode-Cathode Layer—ACL )连接起来，通过 这一措施在构件内将载流子分隔开，以便如此地得到串联接通的彼此叠 置的构件。
通过本发明首次提供了一种有机磁阻装置，特别是在薄层技术中。 本发明涉及一种具有磁阻效应的装置，特别是一种具有至少 一个电 子薄层构件的装置。这些装置以磁层结构(AMR/GMG/TMR )为基础用 作进行位置测量和电流测量或者磁场测量(罗盘)的传感器，或者用作 霍耳传感器。根据本发明建议，使用优选地以层的形式利用有机材料的 传感器。
权利要求
1. 一种装置，包括至少一个在基底上具有至少三个层的有机电子薄层构件以及至少一个磁场产生设备，其中，所述装置是如此设置的，使得磁场产生设备在有机电子薄层构件中引起磁阻的变化。
2. 按照权利要求1所述的有机磁阻装置，其中，如此地选择薄层的 材料，使得尽可能地抑制会在传统的磁阻传感器中所出现的磁滞效应。
3. 按照前述权利要求1或2中任一项所述的有机磁阻装置，其中基 底是柔性的薄膜。
4. 按照前述权利要求中任一项所述的有机磁阻装置，其中，所述装 置构成为传感器。
5. 按照前述权利要求中任一项所述的有才几磁阻装置，其中，有机构 件的功能层中的至少一个功能层是被如此掺杂的，使得能够有针对性地 调节起动电压和/或工作电压。
6. 按照前述权利要求中任一项所述的有机磁阻装置，其中，有机薄 层构件的一个或者多个外层是透明的。
7. 按照前述权利要求中任一项所述的有机磁阻装置，其中，将有机 电子构件封装。
8. 按照前述权利要求中任一项所述的有机磁阻装置，其中，该装置 包括偏置磁体。
9. 按照权利要求9所述的有机磁阻装置，其中，该装置在有机电子 薄层构件和偏置磁体之间具有绝缘层。
10. 有机磁阻装置的应用，用于在线性运动、旋转运动中进行位置 测量、角度测量、通过由电流产生的石兹场的电流测量和/或^兹场的测量。
全文摘要
本发明涉及一种具有磁阻效应的装置。该装置包括在基底上具有至少三个层的有机电子薄层构件。所述装置用作以磁层结构(AMR/GMR/TMR)为基础用于进行位置测量和电流测量的传感器，或者用于进行磁场测量(罗盘)的传感器或者用作霍耳传感器。由偏置磁体产生的支持磁场(Hb)提高了传感器灵敏度。
文档编号G01R33/09GK101427395SQ200780014592
公开日2009年5月6日 申请日期2007年4月13日 优先权日2006年4月26日
发明者G·施米德, G·里格, J·维克, M·鲁里格, R·帕特佐德尔, R·韦斯, W·萨弗特 申请人:西门子公司