用于依次重置磁传感器阵列的元件的装置和方法

用于依次重置磁传感器阵列的元件的装置和方法
【专利摘要】一种半导体工艺和装置提供具有三个差分传感器配置的高性能磁场传感器，其仅需要两个不同的钉扎轴，其中以具有四个未屏蔽磁隧道结传感器阵列的Wheatstone桥结构来形成每个差分传感器，其每个包括磁场脉冲生成器以用于有选择地施加场脉冲以稳定或恢复感测层的易轴磁化，从而在测量小磁场之前将磁化取向成正确的配置。将场脉冲依次施加到Wheatstone桥结构的感测层群组，由此允许较高电流脉冲或较大传感器阵列尺寸以获得最大的信噪比。
【专利说明】用于依次重置磁传感器阵列的元件的装置和方法
[0001]本申请要求享有2011年2月21日提交的美国专利申请N0.13/031558的权益。【技术领域】
[0002]此处描述的示例性实施例总体上涉及磁电子领域，更特别地，涉及用于感测磁场的兼容CMOS的磁电子场传感器。
【背景技术】
[0003]传感器广泛用在现代系统中，以测量或检测物理参数(诸如位置、运动、力、加速度、温度、压强等)。虽然存在用于测量这些和其它参数的各种不同传感器类型，但它们都受到各种限制。例如，廉价的低场传感器(诸如在电子罗盘以及其它类似的磁感测应用中所使用的场传感器)通常是基于各向异性磁致电阻(AMR)的器件。为了达到所需的灵敏度和与CMOS良好匹配的合理的电阻，这种传感器的感测单元的尺寸通常处于平方毫米的量级。对于移动应用，就费用、电路面积以及功耗而言，这种AMR传感器配置很昂贵。
[0004]其它类型的传感器(诸如磁隧道结(MTJ)传感器和巨磁致电阻(GMR)传感器)已经被用来提供较小外形的传感器，但这种传感器有其自身的问题，例如不足的灵敏度以及受温度改变所影响。为了解决这些问题，已经采用了 Wheatstone桥结构的MTJ、GMR和AMR传感器，以增加灵敏度并且消除依赖于温度的电阻改变。为了获得最小的传感器尺寸和成本，优选MTJ或GMR元件。典型地，Wheatstone桥结构使用磁屏蔽件来抑制桥内的参考元件的响应，从而只有感测元件(进而桥)以预定方式进行响应。然而，磁屏蔽件是厚的并且其制造需要仔细调谐的NiFe籽层和涂镀步骤。当屏蔽件暴露于强(?5k0e)磁场而保留剩磁场时，与磁屏蔽件关联的另一缺陷出现，因为该剩磁场可能损伤桥结构的低场测量能力。为了防止使用磁屏蔽件，Wheatstone桥结构可以包括用于每个感测轴的两个相反的反铁磁钉扎(pinning)方向，从而产生必须对于每个晶片单独设置的四个不同的钉扎方向，一般需要复杂且难控制的磁化技术。存在与使用MTJ传感器来感测地球磁场关联的附加挑战，例如考虑Barkhausen噪声、偶发解钉扎(sporadic de-pinning)以及感测元件对所施加的场进行响应时微磁畴的跳变所引起的测量场的变化。现有解决方案已经尝试通过经由硬磁偏置层或反铁磁钉扎层钉扎MTJ传感器中的感测元件的各端，或者通过在测量期间沿着感测元件的易轴施加磁场来解决这些挑战。这些解决方案增加了处理成本/复杂度和/或在测量期间消耗了附加功率。
[0005]相应地，期望提供一种可适用于测量各种物理参数的磁电传感器和方法。还需要一种可以高效地并且廉价地构建为在移动应用中使用的集成电路结构的简单、结实并可靠的传感器。还需要一种用于克服例如上述现有技术中的问题的改进的磁场传感器和方法。此外，结合附图以及前述【技术领域】和【背景技术】，根据后续详细描述和所附权利要求，示例性实施例的其它期望的特征和特性将变得显而易见。

【发明内容】
[0006]场传感器被配置用于在测量场之前重置感测元件。所述场传感器包括:第一桥电路，包括被配置为感测沿第一维度的场的第一多个磁元件，所述第一多个磁元件包括i个磁元件群组，其中，i大于等于2 ；以及被配置为邻近所述i个群组中的每一个依次施加电流脉冲并且由此配置场传感器以用于测量沿所述第一维度的场的电路系统。
[0007]在又一场传感器中，第一桥电路包括:被配置为感测第一方向上的场的第一多个磁元件，所述第一多个磁元件至少包括第一磁元件群组和第二磁元件群组；第一传导线路，定位得邻近所述第一群组；第二传导线路，定位得邻近所述第二群组；包括被配置为感测第二方向上的场的第二多个磁元件的第二桥电路，所述第二多个磁元件至少包括第三磁元件群组和第四磁元件群组；第三传导线路，定位得邻近所述第三群组；第四传导线路，定位得邻近所述第四群组；包括被配置为感测第三方向上的场的第三多个磁元件的第三桥电路，所述第三多个磁元件至少包括第五磁元件群组和第六群组磁元件群组；第五传导线路，定位得邻近所述第五群组；第六传导线路，定位得邻近所述第六群组；以及被配置为将电流脉冲依次施加到所述第一传导线路至第六传导线路中的每一个并且由此配置所述场传感器以用于测量所述第一方向、第二方向和第三方向上的场分量的电路系统。
[0008]在一种重置场传感器的方法中，将第一电流脉冲施加到位于第一桥电路内的第一磁元件群组中的每一个附近的第一重置线路；并随后将第二电流脉冲施加到位于所述第一桥电路内的第二磁元件群组中的每一个附近的第二重置线路。
【专利附图】

【附图说明】
[0009]下面将结合附图描述本发明，其中相同标号表示相同元件，并且
[0010]图1示出其磁化沿不同方向与被钉扎层成等角的两个有源感测元件，该两个有源感测元件将响应于外部施加的磁场而偏转并且提供与并未与被钉扎层的钉扎方向对准的磁场分量有关的输出信号；
[0011]图2示出使用由具有未屏蔽MTJ传感器的两个桥结构所形成的差分传感器的电子罗盘结构，以及每个桥结构的电路输出；
[0012]图3是其中串联连接的MTJ传感器排列成具有与被钉扎层的磁化方向不同的磁化方向的Wheatstone桥电路的简化示意性透视图；
[0013]图4是包括用于在感测操作之前或期间清理或稳定感测层的磁场生成器结构的第一 MTJ传感器和第二 MTJ传感器的部分示意性透视图；
[0014]图5是其中图4所示的第一 MTJ传感器和第二 MTJ传感器形成为具有带有不同磁化方向的感测层的集成电路的部分截面图；
[0015]图6是当没有稳定场施加到传感器时针对所施加的场的磁致电阻的示例曲线图；
[0016]图7是当稳态稳定场施加到传感器时针对所施加的场的磁致电阻的示例曲线图；
[0017]图8是当预测量重置脉冲施加到传感器时针对所施加的场的磁致电阻的示例曲线图；
[0018]图9是刻线(reticle)布局的简化示意顶视图或平面图，示出由以Wheatstone桥电路配置的多个串联连接的MTJ传感器形成的差分传感器以及关于该MTJ传感器定位的磁场生成器结构；
[0019]图10是被配置为接收用于重置每个桥内的多个MTJ传感器的重置脉冲的依次施加的三个Wheatstone桥的部分框图；
[0020]图11是被配置为接收用于重置每个桥内的多个MTJ传感器并且感测磁场的依次重置脉冲的另外三个Wheatstone桥的部分框图；
[0021]图12是用于生成依次重置脉冲的电路的示意图；
[0022]图13是示出依次重置可以用于提供初始化磁场感测元件的MTJ场传感器的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0023]以下详细描述在性质上仅是说明性的，并非意图限制主题内容的实施例或这些实施例的应用和使用。在此描述为示例性的任何实现方向并不一定理解为优于或好于其它实现方式。此外，不意图受限于前面【技术领域】、【背景技术】、
【发明内容】
或以下【具体实施方式】中所提出的任何所表达或隐含的理论。
[0024]描述用于差分传感器阵列的方法和装置，其中，通过周期性地(例如在每个测量周期期间)依次施加到差分传感器阵列群组的对准场(aligning field)脉冲来动态地稳定在被钉扎层之上所形成的感测元件。使用形状各向异性，两个感测元件阵列的形状可以形成为具有沿不同方向与被钉扎层的单个磁化方向成等角的磁化，从而感测层将响应于外部施加的磁场而偏转。通过这种配置，可以从单个钉扎方向形成单轴磁传感器，或可以从三个这种差分传感器电路形成罗盘电路，从而整个三轴罗盘仅需要两个钉扎方向，简化并且降低了制造成本和复杂度。在示例性实施例中，每个差分传感器电路被构建为Wheatstone桥结构，其中，未屏蔽的有源感测元件的四个阵列用于检测并且测量外部施加的磁场。为了解决可能影响感测元件的场响应的场波动，可以通过在每个场测量之前或以预定间隔施加场脉冲来动态地稳定传感器层，以使磁传感器做好准备，由此消除对于用于稳定感测元件的任意(多个)硬偏置层的需要。在没有这种硬偏置稳定或测量准备能力的情况下，瞬间暴露到大磁场可能以不当确定的状态重取向感测元件的磁化。感测阵列的尺寸被最佳地设置以在测量阶段期间获得最高可行的信噪比(SNR)，同时允许可用电压源以所需电流稳定传感器。为了获得最小可行的物理阵列尺寸，进而最低成本，在每个感测元件下面布线单根铜线(或并联连接的线路分段序列)。在稳定(或测量)阶段，这些线路分段中的每一个串联连接，从而每个感测元件具有相同的稳定场，并因此具有相同的传感器响应。因此，阵列取平均是精确的，SNR对于给定阵列尺寸增加了最大量。为了准备感测元件用于场测量，沿稳定路径施加取向场(orienting field)脉冲。对于该操作,稳定线路断裂为可以依次连接到可用电压源的分段的群组，其中，可以可选地并行重置分段群组的隔离组合。取向电流脉冲系列于是依次沿置于感测元件附近的重置/稳定线路进行施加，并且感测元件群组被准备以用于测量。由于每个感测轴中的所有群组必须被正确地配置(取向)以用于该轴的测量，因此该取向过程必须在高场暴露与每个轴进入测量阶段前之间的某点被应用。可以一起重置所有感测轴，或可以在测量每个单独轴之前施加重置。这种重置可以是周期性的、在每次测量之前、或仅当遭遇误差情况(指示误取向的非常高的桥偏移、线性误差或高噪声情况)时产生。由于单独的感测元件各向异性与为了噪声优化而必须施加的稳定场相比是大的但与重取向感测元件所需的场在相同量级，因此取向场脉冲的量值远大于为了传感器稳定而在测量阶段期间所施加的脉冲。因此，可用的电压不足以重置其尺寸按最大SNR制作的阵列。为了具有足够的电压，在此所描述的准备阶段是取向脉冲的顺序序列，其中，每个脉冲处理不同的阵列分部。脉冲持续时间非常短，优选地为20ns或更短，因此，以此方式，可以在极短时间窗口中准备所有桥的所有感测元件用于测量。在准备阶段之后，桥或感测轴内的所有线路分段串联连接，稳定电流施加到这些分段，测量可以继续。
[0025]现将参照附图详细描述本发明的各个说明性实施例。虽然在以下描述中阐述了各种细节，但应理解，可以在没有这些特定细节的情况下实践本发明，并且可以对在此所描述的本发明进行大量实现所特定的决定，以实现器件设计者的因实施而异的具体目标，例如顺应处理技术或设计有关的约束。虽然这样的开发效果可能是复杂并且耗时的，然而这将是受益于本公开的本领域技术人员从事的常规工作。此外，在不包括每个设备特征或几何形状的情况下参照简化截面图来描述所选方面，以免限制或模糊本发明。还应注意，贯穿该详细描述，与磁致电阻随机存取存储器(MRAM)设计、MRAM操作、半导体器件制造以及集成电路器件的其它方面有关的传统技术和特征在此可能不详细描述。虽然将形成并且移除特定材料以制造集成电路传感器作为现有MRAM制造工艺的一部分，但用于形成或移除这些材料的具体过程将不在下面详细描述，因为这些细节是公知的并且被认为对于教导本领域技术人员如何进行或使用本发明不是必要的。此外，在此所包含的各个附图中所示的电路/组件布局和配置意图表示本发明的示例性实施例。应注意，在实际实施例中，可能存在很多替代或附加电路/组件布局。
[0026]应理解，将使用附加工艺步骤来制造MTJ传感器结构。作为示例，可以使用公知技术以及常规后端工艺(未示出)(典型地包括用于以期望方式来连接传感器结构以实现期望功能的多级互连的形成)来沉积、图案化和刻蚀一个或多个介电、铁磁和/或导电层。因此，用于完成传感器结构的制造的具体步骤序列可以取决于工艺和/或制造需求而变化。
[0027]所公开的制造工艺可以用于在仅有单个被钉扎方向的情况下从用于单轴响应的两个差分传感器配置来形成磁场传感器。对于两个轴(X，Y)磁场响应，传感器仅需要两个不同的钉扎轴，其中，从具有未屏蔽的磁隧道结(MTJ)传感器的桥结构来形成每个差分传感器。对于第三轴(Z)，无需附加的钉扎方向。可以使用不同地成形的钉扎层的形状各向异性与仔细选择的退火工艺的组合或通过形成单独设置并且退火的两个不同的钉扎层来获得不同的钉扎轴。在从以桥电路连接的MTJ传感器形成的给定差分传感器中，形状各向异性可以用于创建在零场处具有不同磁化的感测元件，所述不同的磁化以不同取向与被钉扎层的磁化成角度，例如在负45度和正45度。在该配置中，包括与钉扎方向正交的分量的所施加的场将不同地改变不同感测层的磁化，结果，差分传感器能够测量所施加的场垂直于被钉扎轴的投影。所公开的制造工艺还在每个MTJ传感器之下并且可选地在其之上形成场导体，其可以用于沿着感测层的易磁化轴施加场脉冲以准备该传感器用于测量以及根据需要在测量期间施加较小电流以稳定传感器。
[0028]现参照图1，以简化示意形式示出传感器结构1，其使用两个有源感测元件类型20,30以及被钉扎层10来测量外部磁场。如所描述的那样，有源感测元件20的磁化方向
21、有源感测元件30的磁化方向31沿不同方向与被钉扎层10的磁化方向成相等角度。为此，可以形成感测元件20、30，使得每个感测元件的形状在该感测元件的期望磁化方向上伸长(即更长)。这样成形后，感测元件20、30使用它们的形状各向异性来创建从被钉扎层10偏移的磁化方向。例如，可以形成第一感测元件20，使得其优选磁化方向与被钉扎层10的磁化方向成-45度角，并且形成第二感测元件30，使得其优选磁化方向与被钉扎层10的磁化方向成45度角,但也可以使用其它偏移角。
[0029]因为跨感测元件和被钉扎层的电阻/电导取决于感测元件与被钉扎层之间的角的余弦，所以可以通过施加使传感器元件20、30的磁化偏转的外部磁场(H)来改变传感器结构的电阻/电导。例如，如果不存在施加到传感器结构I的场(H=0)，则感测元件20的磁化方向21、感测元件30的磁化方向31不变，并且第一传感器元件20和第二传感器元件30的电阻/电导之间不存在差异。如果向传感器结构2施加沿着或反平行于被钉扎层10指向的外部场H，则所施加的场将使得传感器元件20的磁矩22、传感器元件30的磁矩32等同地偏转或旋转，产生针对每个感测元件的相等电阻/电导改变，因此它们的差异方面没有改变。然而，当向传感器结构3施加与被钉扎层10正交的外部场H时，每个感测元件20、30的磁矩23、33响应于所施加的场而不同地改变。例如，当图1所示的外部场H指向右时，第一感测元件20的电阻/电导减小，而第二感测元件30的电阻/电导增大，产生与场强度有关的差分信号。以此方式，所描述的传感器结构测量垂直于被钉扎轴而不是与其平行的所施加的场的投影。
[0030]图2示出了分别用于检测所施加的磁场的沿第一 y轴(轴I)和第二 X轴(轴2)的分量方向的第一传感器201和第二传感器211。如所描述的那样，每个传感器由以桥配置连接的未屏蔽感测元件形成。因此，第一传感器201由在沿第一方向磁化的被钉扎层206上以桥配置连接的感测元件202-205形成。通过相似的方式，第二传感器211由在沿与被钉扎层206的磁化方向垂直的第二方向磁化的被钉扎层216上以桥配置连接的感测元件212-215形成。在所描述的桥配置201中，感测元件202、204形成为具有第一磁化方向，感测兀件203、205形成为具有第二磁化方向，其中，第一磁化方向和第二磁化方向相对于彼此正交，并且被取向为与被钉扎层206的磁化方向等同地不同。关于第二桥配置211，感测元件212、214具有与感测元件213、215的第二磁化方向正交的第一磁化方向，从而第一磁化方向和第二磁化方向取向为与被钉扎层216的磁化方向等同地不同。在所描述的传感器201、211中，感测元件无需屏蔽，也无需任何特殊参考元件。在示例实施例中，这是通过使每个有源感测元件(例如202、204)参考另一有源感测元件(例如203、205)，使用形状各向异性技术以将被参考感测元件的易磁化轴确立为彼此偏转90度来实现的。
[0031]通过将第一传感器201和第二传感器211定位为正交排列，且每个传感器中的正交的感测元件取向从传感器的钉扎方向相等地偏转，传感器可以检测所施加的场的沿第一轴和第二轴的分量方向。图2通过每个传感器之下所示的所述电路的仿真来示出该情况。在每个仿真中，仿真桥输出207、217是各向异性场为100e，施加场为0.50e,当感测元件从反平行状态切换到平行状态时磁致电阻为100%的感测元件的施加磁场角度的函数。仿真桥输出可以用于唯一地标识所施加的外部场的任何取向。例如，以O度场角施加的场(例如指向“上”，从而其与y轴或轴I对准)将从第一传感器201生成OmV/V的桥输出，并且将从第二传感器201生成10mV/V的桥输出。反之，在相反方向上所施加的场(例如指向“下”从而其与180度场角对准)将从第一传感器201生成OmV/V的桥输出，并且将从第二传感器201生成-10mV/V的桥输出。
[0032]从前面可见，可以从差分传感器201、211形成磁场传感器以检测所施加的磁场的存在和方向，差分传感器201、211使用在相应的被钉扎层206、216上以桥配置连接的未屏蔽感测元件202-205、212-215。通过该配置，消除了磁屏蔽中存在的剩磁矩的可能性。此夕卜，磁场传感器提供良好的灵敏度，并且还提供桥配置的温度补偿性质。通过消除对形成磁屏蔽层的需要，降低了制造复杂度和成本，并且减小了传感器结构的尺寸(就消除形成任何屏蔽层所需的硅面积而言)。由于通过移除磁屏蔽层消除了剩磁问题，因此使用未屏蔽感测元件还有性能益处。
[0033]图3提供了通过以Wheatstone桥电路连接四个MTJ传感器301、311、321、331所形成的示例场传感器300的简化示意性透视图，其中，使用排列为具有与被钉扎层304、314、324,334的磁化方向不同的磁化方向的感测层302、312、322、332来形成串联连接的MTJ传感器301、311、321、331。使用可以作为现有MRAM制造工艺的一部分而制造的MTJ传感器301、311、321、331来形成所描述的传感器300，仅有微小调整以控制不同层的磁场方向的取向。具体地说，每个MTJ传感器301、311、321、331包括第一被钉扎电极304、314、324、334，绝缘隧道介电层303、313、323、333以及第二感测电极302、312、322、332。被钉扎和感测电极期望地是磁材料，例如但并不意图受限于NiFe、CoFe、Fe、CoFeB等，或更一般地是其磁化可以集体排列的材料。合适的电极材料和布置的示例是通常用于磁致电阻随机存取存储器(MRAM)器件的电极的材料和结构，这在本领域是公知的，并且包含铁磁材料以及其他材料。被钉扎和感测电极可以形成为具有不同的矫顽力或矫顽场要求。矫顽场基本上是在饱和之后将磁体从一个方向反转到另一方向所需的场的量。在技术上，其为在铁磁体已经饱和之后将其磁化返回到零所需的磁场。例如，可以通过交换耦合到铁磁膜的反铁磁膜来形成被钉扎电极304、314、324、334以具有高矫顽场,从而可以钉扎它们的磁化取向，从而基本上不受外加磁场的运动影响。反之，可以通过软磁材料来形成感测电极302、312、322、332，以提供具有相对较低矫顽力的不同的各向异性轴，从而可以通过外加磁场的运动来改变感测电极的磁化取向(在其对准的任何方向上)。在所选实施例中，被钉扎电极的矫顽场大约比感测电极的矫顽场大两个量级，但是也可以通过使用公知技术调整电极的各个矫顽场以改变它们的合成和/或钉扎强度来使用不同的比率。
[0034]如图3所示，MTJ传感器中的被钉扎电极304、314、324、334形成为具有在被钉扎电极层304、314、324、334的平面中的第一示例性各向异性轴排列(由指向图3的图的顶部的矢量箭头所标识)。如在此所描述的那样，可以使用被钉扎电极的形状各向异性来获得被钉扎电极304、314、324、334的各向异性轴排列，在此情况下，被钉扎电极304、314、324、334每个的形状将对于单层被钉扎磁堆叠(magnetic stack)在“向上”矢量箭头方向上更长。此外或替代地，可以通过在饱和磁场存在时形成一个或多个磁层，其随后或同时被退火且然后被冷却以使得被钉扎电极的磁场方向被设置在饱和磁场的方向上，来获得被钉扎电极304、314、324、334的各向异性轴排列。应理解，被钉扎电极304、314、324、334的各向异性轴排列的形成必须与用于形成包括具有独特各向异性轴排列的被钉扎电极的任何其它场传感器的制造步骤以及用于形成具有独特各向异性轴排列的任何感测电极的任何制造步骤—致。
[0035]所描述的场传感器300还包括MTJ传感器301、321，其中，感测电极302、322形成为具有与被钉扎电极的各向异性轴偏移第一偏转角的(由指向左边的矢量箭头所标识的)示例性各向异性轴。此外，所描述的场传感器300包括MTJ传感器311、331，其中，感测电极312、332形成为具有与被钉扎电极的各向异性轴偏移等于第一偏转角但与第一偏转角相反的第二偏转角的(由指向右边的矢量箭头所标识的)示例性各向异性轴。在特定实施例中，第一偏转角垂直于第二偏转角，从而感测电极302、322的各向异性轴相对于被钉扎电极的各向异性轴旋转负45度，感测电极312、332的各向异性轴相对于被钉扎电极的各向异性轴旋转正45度。
[0036]应理解，MTJ传感器301、311、321、331可以形成为具有通过金属互连而如所示那样以标准Wheatstone桥电路配置串联连接的相同结构，示出用于桥电路的电源端子341、343以及输出信号端子342、344。通过以Wheatstone桥电路串联连接未屏蔽的MTJ传感器301、311、321、331，场传感器300检测外加磁场的水平方向(图3中左到右)分量，由此形成X轴传感器桥。具体地说，水平场分量将与感测电极312、332的磁化的偏转不同地偏转感测电极302、322的磁化，产生的传感器电导/电阻的差将量化水平场分量的强度。虽然未示出，但也可以使用以Wheatstone桥电路配置连接的未屏蔽MTJ传感器来形成Y轴传感器桥电路，不过Y轴传感器桥电路中的被钉扎电极的各向异性轴将垂直于X轴传感器桥中的被钉扎电极304、314、324、334的各向异性轴。这些传感器(或桥臂)301、311、321、331中的每一个可以表示协同工作以增加系统的整体SNR的感测元件阵列。
[0037]低场磁传感器易受Barkhausen噪声、偶发解钉扎、微磁畴的跳变(源自磁感测元件中由于弱局部钉扎而可以具有稍微不同的局部磁矩取向的不同区域，弱局部钉扎由感测层中小的局部非均质而导致的边缘粗糙所引起)、或大量其它源的影响。这些噪声可能在精确测量地球磁场的角分辨率中引入误差。当施加场时，这些微磁畴可以代替感测元件的期望一致旋转以顺序方式反转。用于解决该噪声的先前尝试已经在感测层中使用硬磁偏置层来钉扎器件的各端。然而，硬偏置层可能降低传感器的灵敏度，并且具有需要附加处理层、刻蚀步骤和退火步骤的附加缺陷。
[0038]为了解决Barkhausen噪声问题,可以在执行测量之前沿着感测元件的易磁化轴有选择地施加磁场。在所选实施例中，磁场施加为足以恢复感测元件的磁状态并且移除可能已经由于暴露于强场而出现的微磁畴的短暂场脉冲。在示例实现方式中，场脉冲被施加到传感器以移除感测元件中的亚稳被钉扎区域，其中，场脉冲具有阈值场强度(例如在约400e以上)以及小的脉冲持续时间(例如近似20-100纳秒)。通过以罗盘应用所需的预定测量周期(例如IOHz)施加这种场脉冲，所得场脉冲具有极低的占空比和极小的功耗。此夕卜，通过在测量之前终止场脉冲，在测量期间没有施加到感测元件的附加场，从而产生最大灵敏度。
[0039]为了示出场脉冲可以如何施加到感测元件的示例，现参照图4，其示出分别包括用于在感测操作之前或在感测操作期间重置或稳定感测层411、421的磁场生成器结构414、424的第一和第二 MTJ传感器410、420的部分示意性透视图。可以如图4所示构建每个MTJ传感器，其中，感测层的磁方向确定磁场生成器结构的取向。具体地说，每个MTJ传感器通常包括上铁磁层411和421、下铁磁层413和423、以及两个铁磁层之间的隧道势垒层412和422。在该示例中，上铁磁层411、421可以形成为范围在10至10000埃并且在所选实施例中范围在10至100埃的厚度，并且因为其磁化方向可因存在外加场(例如地球的磁场)而偏转而用作感测层或自由磁层。对于下铁磁层413、423，其可以形成为范围在10至2000埃并且在所选实施例中范围在10至100埃的厚度，并且用作其磁化方向被钉扎在一个方向上且在正常操作状态期间不改变磁取向方向的固定或被钉扎磁层。如上所述，通过将下被钉扎层413、423形成为具有相同的磁化方向(未示出)，并且通过将上感测层411中的磁化方向415形成为与上感测层421中的磁化方向425正交，使得磁化方向415、425离下被钉扎层413、423的磁化方向沿相等但相反的方向取向，可以使用第一MTJ传感器410和第二MTJ传感器420来构建差分传感器。
[0040]为了恢复可能因磁畴结构而畸变的上感测层411、421的初始磁化，图4示出在每个传感器之下形成的磁场生成器结构414、424。在所选实施例中，磁场生成器结构414、424形成为传导电流线路，其被取向为创建与上感测层411、421中的磁化方向415、425对准的磁场脉冲。例如，当电流脉冲在箭头416所指示的方向上流过第一 MTJ传感器410之下的磁场生成器结构414时，创建与第一 MTJ传感器410中的感测元件411的易磁化轴415对准的场脉冲。然而，当电流脉冲在箭头426所指示的方向上流过磁场生成器结构424时，由于第二 MTJ传感器420具有带有不同磁化方向425的感测层421，因此磁场生成器结构424被取向，从而创建与第二 MTJ传感器420中的感测元件421的易磁化轴425对准的场脉冲。
[0041]可以使用以下公知光刻工艺来制造在此所描述的示例性实施例。集成电路、微电子器件、微机电器件、微流器件和光子器件的制造包括创建通过某种方式交互的若干材料层。可以对这些层中的一个或多个进行图案化，从而层的各个区域具有不同的电特性或其它特性，其可以在层内互连或与其它层互连，以创建电组件或电路。可以通过有选择地引入或移除各种材料来创建这些区域。一般通过光刻工艺来创建限定这些区域的图案。例如，将光致抗蚀剂材料层施加到覆盖晶片衬底的层上。使用(包含透明和不透明区域的)光掩模通过辐射的形式(例如紫外光、电子或X射线)来有选择地暴露光致抗蚀剂材料。通过施加显影剂来移除暴露于辐射或未暴露于辐射的光致抗蚀剂材料。然后可以向不受剩余抗蚀剂所保护的层施加刻蚀，当移除抗蚀剂时，覆盖衬底的层被图案化。替代地，也可以使用添加工艺，例如使用光致抗蚀剂作为模版来构建衬底。
[0042]现将参照附图详细描述工艺整合的各个说明性实施例。虽然在以下描述中阐述各种细节，但应理解，可以在没有这些特定细节的情况下实践本发明，并且可以对在此所描述的本发明进行大量实现所特定的决定，以实现器件设计者的因实施而异的具体目标，例如顺应处理技术或设计有关的约束。虽然这样的开发效果可能是复杂并且耗时的，然而这将是受益于本公开的本领域技术人员从事的常规工作。此外，在不包括每个设备特征或几何形状的情况下参照简化截面图来描述所选方面，以免限制或模糊本发明。还应注意，贯穿该详细描述，与磁致电阻随机存取存储器(MRAM)设计、MRAM操作、半导体器件制造以及集成电路器件的其它方面有关的传统技术和特征在此可能不详细描述。虽然将形成并且移除特定材料以制造集成电路传感器作为现有MRAM制造工艺的一部分，但用于形成或移除这些材料的具体过程将不在下面详细描述，因为这些细节是公知的并且被认为对于教导本领域技术人员如何进行或使用本发明不是必要的。此外，在此所包含的各个附图中所示的电路/组件布局和配置意图表示本发明的示例性实施例。应注意，在实际实施例中，可能存在很多替代或附加电路/组件布局。
[0043]场脉冲和易磁化轴方向的相对对准也可以见于图5中，图5描述其中图4所不的第一 MTJ传感器和第二 MTJ传感器形成为具有带有不同磁化方向的感测层411、421的集成电路设备的部分截面图。具体地说，左边的截面图示出在图4中从透视视野5A可见的第一MTJ传感器410，而右边的截面图示出在图4中从透视视野5B可见的第二 MTJ传感器420。第一 MTJ传感器410和第二 MTJ传感器420分别形成在衬底430、440上，衬底430、440可以具有嵌入其中的有源电路431、441。在衬底上，可以在形成在其中嵌入传导线路414、424以形成磁场生成器结构的绝缘层433、443之前形成一个或多个电路层432、442。如图5所示，第一 MTJ传感器410中的传导线路414形成为承载沿离开图5的图平面的方向上的电流，而第二 MTJ传感器420中的传导线路424形成为承载在图上从右到左移动的电流。在所嵌入的传导线路之上，第一 MTJ核和第二 MTJ核形成在绝缘层435、445中。具体地说，第一MTJ传感器410中的第一 MTJ核包括至少部分地嵌入绝缘层435中的第一传导线路434、下被钉扎铁磁层413、隧道势垒层412、具有右到左取向的磁化方向415的上感测铁磁层411、以及在其上形成附加介电层437的第二传导线路436。第一传导层434通过通路结构439连接到底部接触层438。此外，第二 MTJ传感器420中的第二 MTJ核包括至少部分地嵌入绝缘层445中的第一传导线路444、下被钉扎铁磁层423、隧道势垒层422、具有取向为进入图5的图平面的磁化方向425的上感测铁磁层421、以及在其上形成附加介电层447的第二传导线路446。为了连接第一 MTJ传感器410和第二 MTJ传感器420，第二 MTJ传感器420中的第一传导层444通过通路结构(未示出)连接到与所嵌入的传导线路424在相同层面的底部接触层(未示出)，其进而通过一个或多个通路以及传导层连接到第一 MTJ传感器410的第二传导线路436。通过所描述的配置，通过所嵌入的传导线路414的电流脉冲将创建与感测元件411的易磁化轴415对准的磁场脉冲417，通过所嵌入的传导线路424的电流脉冲将在感测元件421的区域中创建与感测元件421的易磁化轴425对准的磁场脉冲(未示出)。
[0044]下被钉扎铁磁层413、423可以是例如铱锰、钼锰、钴铁、钴铁硼、镍铁、钌等的材料，或其任何组合。隧道势垒层412、422可以是例如氧化铝或氧化镁的材料。上感测铁磁层411、421可以是例如镇铁、钻铁、钻铁砸、钉等的材料。磁场生成器结构414、424可以是招、铜、钽、氮化钽、钛、氮化钛等，传导线路通常可以是例如铝、铜、钽、氮化钽、钛、氮化钛等。
[0045]可以通过形成具有各自与被钉扎层413、423的磁方向等同地不同的正交磁取向的感测层411、421而在单块集成电路上一起制造第一 MTJ传感器410和第二 MTJ传感器420作为差分传感器的一部分。在示例工艺流程中，制造工艺中的第一步骤是提供介电基层(未示出)所覆盖的单块集成电路芯片衬底。在介电基层之上，使用已知的沉积、图案化和刻蚀工艺将磁场生成器结构414、424形成为嵌入的传导材料线路，从而磁场生成器结构414、424对准并且位于传感器410、420之下并嵌入在绝缘层(未示出)中。在绝缘层上，通过沉积第一传导层(以在刻蚀后用作传导线路434)、一个或多个下铁磁层(以在刻蚀后用作下被钉扎铁磁层413)、一个或多个介电层(以在刻蚀后用作隧道势垒层412)、一个或多个上铁磁层(以在刻蚀后用作上感测铁磁层411)、以及第二传导层(以在刻蚀后用作传导线路436)来依次形成传感器层的堆叠。
[0046]虽然可以在存在磁场的情况下沉积并且加热各个铁磁层，以诱导期望的磁取向，但形状各向异性技术也可以用于实现用于不同铁磁层的所需磁取向。为此，使用图案化刻蚀工艺序列有选择地刻蚀传感器层堆叠，以限定MTJ传感器410、420中的被钉扎层和感测层。在第一刻蚀序列中，通过使用图案化光致抗蚀剂以形成第一图案化硬掩膜并且然后执行选择性刻蚀工艺(例如反应离子刻蚀)以移除下至并且包括未遮蔽的下铁磁层的所有去遮蔽的层，来从下铁磁层限定不同的钉扎层413、423的形状。所得刻蚀的下铁磁层的形状取向为使得每个被钉扎层具有形状各向异性，产生沿着其轴之一的优选磁取向。除了形成为长且窄的形状之外，还可以提供被钉扎层的各端的附加成形，从而被钉扎层中的每一个执行得更像单个磁畴。例如，可以使得图9所示的被钉扎层901、902、903、904成形为具有在用于被钉扎层的期望钉扎方向的对应方向上渐细的尖端。使用形状各向异性，可以退火成形的被钉扎层413、423以设置它们各自的钉扎方向。
[0047]此时在制造工艺中，上铁磁层将已经被有选择地刻蚀以留下第一图案化硬掩模之下的残余部分，从而上铁磁层和下铁磁层具有相同形状。然而，感测层的最终形状将小于下面的被钉扎层，为此，使用第二刻蚀序列从上铁磁层的残余部分限定不同的感测层411、421的最终形状。在第二刻蚀序列中，使用另一光致抗蚀剂图案在将形成感测层的残余上铁磁层的部分之上形成图案化硬掩模。该图案被选择以当使用选择性刻蚀工艺(例如反应离子刻蚀)移除下至并且包括未遮蔽的上铁磁层411、421的所有未遮蔽的层时，限定感测层的大纵横比形状。在所选实施例中，该选择性刻蚀工艺可以留下完整的下面的成形了的被钉扎层413、423，而在其它实施例中，选择性刻蚀工艺还刻蚀下面的成形了的被钉扎层413、423的未遮蔽部分。所限定的感测层的大纵横比形状取向为使得感测层411在期望磁化415的维度上比它们的宽更长，而感测层421在期望磁化425的维度上比它们的宽更长。换句话说，沿着单个铁磁感测层的期望磁化方向绘制每个感测层的长轴。除了形成为长且窄的形状之外，还可以提供感测层411、421的各端的附加成形，从而感测层中的每一个执行得更像单个磁畴。例如，感测层可以成形为具有在感测层的期望易磁化轴的对应方向上渐细的尖端。一旦形成了所成形的感测层，就可以通过在没有磁场的情况下对晶片进行短暂退火(例如在大约250摄氏度的退火温度)以消除材料离散(dispersion)来从它们的形状各向异性诱导期望的易磁化轴磁取向。冷却后，感测层411、421的磁化对准各个图案，提供感测层的多个取向。
[0048]通过控制电流流过磁场生成器结构414、424的量值和时序从而正好在使用传感器410、420来执行场测量之前创建场脉冲，以保持高灵敏度并且最小化功耗的方式在每次测量之前准备感测层411、421。图6-8展示了有选择地将磁场施加到感测元件的益处。以图6开始，提供了当没有稳定场施加到传感器时针对所施加的场的磁致电阻的示例曲线图。在没有稳定场的情况下，随着所施加的场扫过，微磁畴跳变使得传递曲线60具有磁致电阻的偶发的不可预测的跳变(又名Barkhausen噪声)。可以通过施加与感测元件的易磁化轴对准的弱稳定场来防止该噪声。例如，图7提供了当150e的易磁化轴稳定场作为稳态场施加到传感器时针对所施加的场的磁致电阻的示例曲线图。如图7的曲线图所示，已经消除了微磁畴跳变。因此，该示例中的传递曲线70包括上至约200e的所施加的场的线性特性区域71。此外或替代地，可以施加场脉冲以进一步改进传递曲线，如图8所示，图8提供了当脉冲稳定场施加到传感器时针对所施加的场的磁致电阻的示例曲线图80。具体地说，通过恰好在以一系列场扫描(始于从_50e到50e的第一扫描，然后执行从-1OOe到IOOe的第二扫描，以此类推)在传感器处进行场测量之前沿着其易磁化轴短暂地对传感器元件施加脉冲，来获得传递曲线80。所得传递曲线80包括至少上至大约200e的所施加的场的线性特性区域81。此外，传递曲线80表明当该传感器暴露于在近似400e之上的难磁化轴场时可能产生糟糕的性能。更一般地说，在任意方向上施加的强场可将感测元件置于不好的状态下，虽然沿着传感器易磁化轴所施加的场脉冲足以从感测元件移除畴结构。
[0049]在实际部署中，从将桥臂互连必需的相同层形成磁场生成器结构414、424，因此不产生附加处理步骤。此外，可以从定位为在每个MTJ传感器下面以适当取向通过的单个传导元件来构建每个磁场生成器结构414、424，由此以单个电流脉冲创建贯穿芯片的场脉冲。图9示出了该实际实现方式的示例，图9提供了刻线布局的简化示意性顶视图或平面图，示出以Wheatstone桥电路配置的多个串联连接的MTJ传感器921、922、923、924所形成的差分传感器900,磁场生成器结构920关于MTJ传感器定位。所描述的差分传感器包括四个被钉扎层901、902、903、904，其各自具有每个被钉扎层上的大矢量箭头所示的相同磁化方向(例如在y方向上的被钉扎轴)。虽然可以使用形状各向异性来形成被钉扎层901、902、903、904 (如图9所指示的那样)，但其也可以使用传统场退火工艺来形成。
[0050]图9还示出了使用具有离垂直方向以45度取向的磁化方向的感测层911、914形成差分传感器中的MTJ传感器或传感器阵列中的两个921、924，如指向感测层911、914中的右边的易磁化轴矢量所示。使用具有离垂直方向以负45度取向的磁化方向的感测层912、913形成另外两个MTJ传感器902、903，如指向感测层912、913中的左边的易磁化轴矢量所示。虽然可以使用任何期望的技术来形成具有不同磁化方向的感测层，但本发明的所选实施例使用形状各向异性技术来使得感测元件911、914成形为具有从垂直方向以预定偏转角取向的磁化方向(或易磁化轴)，并且使得感测元件912、913成形为具有从垂直方向以所述预定偏转角负地取向的磁化方向(或易磁化轴)。以此方式，感测元件911、914的磁化方向和感测元件912、913的磁化方向在相反的方向上距被钉扎层901、902、903、904的磁化方向等同地偏移。
[0051]所描述的差分传感器900还包括磁场生成器结构920，其形成在MTJ传感器921、922、923、924下面，从而有选择地生成磁场以稳定或恢复感测层911、912、913、914的磁场。在所选实施例中，磁场生成器结构920形成为单个传导线路，其被布置为在垂直于感测层的易磁化轴取向的方向上在感测层911、912、913、914下面承载电流，从而该电流所创建的磁场与易磁化轴对准。因此，在第四MTJ传感器924下面形成传导线路920，以创建与感测元件914的易磁化轴对准的磁场。此外，在第二 MTJ传感器922和第三MTJ传感器923之下的传导线路920的取向创建与感测元件912、913的易磁化轴对准的磁场。最后，在第一MTJ传感器921下面形成传导线路920，以创建与感测元件911的易磁化轴对准的磁场。
[0052]参照图10，集成磁传感器1002的框图包括用于感测在X方向上的磁场的Wheatstone桥1004、用于感测在Y方向上的磁场的Wheatstone桥1006以及用于感测在Z方向上的磁场的Wheatstone桥1008。虽然示出三个Wheatstone桥1004、1006、1008用于感测三个维度上的场，但应理解，可以仅形成一个Wheatstone桥以用于感测沿一个维度的场，或可以形成两个Wheatstone桥以用于感测沿两个维度的场。用于在三个维度上感测磁场的结构的一个示例可见于美国专利申请N0.12/567496中。Wheatstone桥1004包括第一多个磁元件1014，其包括第一群组1024和第二群组1034。类似地，Wheatstone桥1006包括第一多个磁元件1016，其包括第一群组1026和第二群组1036，Wheatstone桥1008包括第一多个磁元件1018，其包括第一群组1028和第二群组1038。虽然在Wheatstone桥1004、1006、1008中的每一个中示出两个群组，但可以使用数量为2或更大的任何数量的群组。例如，多个磁元件1014可以包括i个磁元件，多个磁元件1016可以包括j个磁元件，并且多个磁元件1018可以包括k个磁元件。多个磁元件1014、1016、1018中的每一个内的每个磁元件1020包括诸如图4和图5的MTJ传感器410、420的磁元件。写入驱动器1025被配置为将电流脉冲提供给群组1024内的MTJ元件中的每一个，写入驱动器1035被配置为随后将电流脉冲提供给群组1034内的MTJ元件中的每一个。类似地，写入驱动器1027被配置为将电流脉冲提供给群组1026内的MTJ元件中的每一个，写入驱动器1037被配置为将电流脉冲提供给群组1036内的MTJ元件中的每一个，写入驱动器1029被配置为将序列电流脉冲提供给群组1028内的MTJ元件中的每一个，写入驱动器1039被配置为将序列电流脉冲提供给群组1038内的MTJ元件中的每一个。
[0053]逻辑电路1041依次选择写入驱动器1025、1035、1027、1037、1029、1039，以用于依次将重置电流脉冲分别提供给群组1024、1034、1026、1036、1028、1038。由于提供给定电压，因此通过将具有大电阻的重置电流线路划分为各自具有更小电阻的若干重置电流线路分段，可以将更大电流施加到群组1024、1034、1026、1036、1028、1038中的每个MTJ元件群组。此外，重置脉冲将是顺序的，将在测量期间施加更小的稳定电流。由于电压高得足以在整个线路电阻上供应所需的稳定线路，因此该稳定电流将流过整个线路，并且以相同的稳定场来稳定所有感测元件。由于功耗是最低的，并且稳定线路电阻的小差异将不产生不同的稳定场，因此该实施例是优选的。然而，为了获得比给定该稳定配置可得的SNR比率更高的SNR比率，稳定电流可以并行施加到阵列的不同子群组，允许给定传感器内的附加稳定路径的可能性(并且因此感测元件阵列尺寸增加)。
[0054]逻辑电路1041进一步描述于图11中，并且包括状态解码器1102、重置电路1104以及读取桥选择电路1106。输入信号1111和1112指定四个输出信号1113、1114、1115、1116之一。输出信号1113激活重置电路1104，以用于依次激活驱动器1025、1035、1027、1037、1029、1039 中的每一个。输出信号 1114、1115、1116 激活 Wheatstone 桥 1004、1006、1008中的每一个的读取序列。
[0055]另一磁传感器1202示于图12中，并且如图10的磁传感器1002 —样包括用于在X方向上感测磁场的Wheatstone桥1004、用于在Y方向上感测磁场的Wheatstone桥1006以及用于在Z方向上感测磁场的Wheatstone桥1008。Wheatstone桥1004包括第一多个磁元件1014，其包括第一群组1024和第二群组1034。类似地，Wheatstone桥1006包括第一多个磁元件1016，其包括第一群组1026和第二群组1036，Wheatstone桥1008包括第一多个磁元件1018，其包括第一群组1028和第二群组1034。虽然在Wheatstone桥1004、1006、1008中的每一个中示出两个群组，但可以使用数量为I或更大的任何数量的群组。
[0056]耦合多个垫1225、1235、1227、1237、1229、1239以用于将电流脉冲分别提供给磁元件群组1024、1034、1026、1036、1028、1038中的每一个。例如位于芯片外的逻辑和驱动器电路1241以与图9的结构相似的方式依次将电流脉冲提供给垫1225、1235、1227、1237、1229,1239ο
[0057]也可以参照图13示出在此所描述的磁传感器1002、1202的操作，图13描述通过在感测外部磁场之前或正好在感测外部磁场之后重置磁元件而不展现微磁结构的磁场传感器的操作的方法的示例性流程图。虽然描述了两个桥电路，但应理解，可以使用任何数量的桥电路。这种重置或初始化包括以下步骤:将第一电流脉冲施加1302到位于第一桥电路内的第一磁元件群组中的每一个附近的第一重置线路，将第二电流脉冲施加1304到位于第一桥电路内的第二磁元件群组中的每一个附近的第二重置线路，将第三电流脉冲施加1306到位于第二桥电路内的第三磁元件群组中的每一个附近的第三重置线路，以及将第四电流脉冲施加1308到位于第二桥电路内的第四磁元件群组中的每一个附近的第四重置线路。将稳定电流施加1310到稳定线路。然后访问1312磁元件以测量沿着磁元件的每个传感器轴投影的外部场的值。
[0058]至此应理解，已经提供了一种磁场传感器装置和操作衬底上的多个差分传感器电路的方法，其检测沿着一个或多个轴导向的所施加的磁场。差分传感器电路可以构建为使用以各自在单个被钉扎方向上磁化的多个被钉扎层以及对应的多个未屏蔽感测层所形成的未屏蔽磁隧道结(MTJ)传感器的Wheatstone桥结构(每个待感测轴一个桥结构)。在示例性实现方式中，差分传感器电路包括具有带有第一易磁化轴磁取向的第一未屏蔽感测层的第一未屏蔽MTJ传感器以及具有带有第二易磁化轴磁取向的第二未屏蔽感测层的第二未屏蔽MTJ传感器，其中，第一易磁化轴磁取向和第二易磁化轴磁取向从单个被钉扎方向等同地并且在相反方向上(例如±45度)偏转。当每个未屏蔽感测层形成为具有带有更长长度维度以及更短宽度维度的各向异性轴时，更长长度维度与未屏蔽感测层的易磁化轴磁取向对准。每个磁场传感器包括设置在每个未屏蔽感测层附近的定位成生成与每个未屏蔽感测层的易磁化轴磁取向对准的磁场脉冲的嵌入的磁场生成器。在所选实施例中，嵌入的磁场生成器实现为被定位成传导创建用于重置相关联的未屏蔽感测层的磁取向的磁场脉冲的电流脉冲和/或沿着每个未屏蔽感测层的易磁化轴磁取向施加弱磁场的传导线路。将每个磁场传感器内的感测层和传导线路分成群组，其中，每个群组依次接收电流脉冲。通过将电流脉冲依次提供给这些群组，在取向电流脉冲期间线路电阻减小，在给定电压的情况下允许更大的电流。
[0059]虽然在此公开的所述示例性实施例针对各种传感器结构和制造该结构的方法，但本发明不必受限于示例实施例，示例实施例示出可应用于大量各种半导体工艺和/或器件的本发明的创新方面。因此，以上所公开的特定实施例仅是说明性的，并且不应看作对本发明的限制，本发明可以以对于受益于此处的教导的本领域技术人员来说显而易见的不同但等效的方式进行修改并且实践。例如，传感器结构中的感测和钉扎层的相对位置可以颠倒，从而钉扎层在上面，感测层在下面。此外，可以通过所公开之外的不同材料来形成感测层和钉扎层。此外，所描述的层的厚度可以变化。相应地，前面的描述不意图将本发明限制为所阐述的特定形式，而是相反，意图覆盖所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内可以包括的种替换、修改和等同方案，因此本领域技术人员应理解，在不脱离本发明最宽泛形式的精神和范围的情况下，他们可以进行各种改变、替换和改动。
[0060]以上已经关于具体实施例描述了利益、其它优点和对问题的解决方案。然而，利益、优点、对问题的解决方案以及可能因此使得任何利益、优点或解决方案发生或变得更明显的任何要素并不应理解为任何或所有权利要求的关键、所需或基本的特征或要素。如在此使用的那样，术语“包括”、“包含”或其任何其它变形意图覆盖非独占包括，从而包括要素的列表的工艺、方法、物体或装置不仅包括这些要素，而且还可以包括未明确列出或对于所述工艺、方法、物体或装置固有的其它要素。
【权利要求】
1.一种场传感器,包括: 第一桥电路，包括配置为感测沿第一维度的场的第一多个磁元件，所述第一多个磁元件包括i个磁元件群组，其中i大于等于2 ;以及 配置为邻近所述i个群组中的每一个依次施加电流脉冲且由此配置所述场传感器以用于测量沿所述第一维度的场的电路系统。
2.如权利要求1所述的场传感器，还包括: 第二桥电路，包括配置为感测沿第二维度的场的第二多个磁元件，所述第二多个磁元件包括j个磁元件群组，其中j大于等于2，其中所述电路系统被配置为邻近所述i和j个群组中的每一个依次施加电流脉冲，由此配置所述场传感器以用于测量沿所述第一维度和第二维度的场。
3.如权利要求2所述的场传感器，还包括: 第三桥电路，包括配置为感测沿第三维度的场的第三多个磁元件，所述第三多个磁元件包括k个磁元件群组，其中k大于等于2，其中所述电路系统被配置为邻近所述1、j和k个群组中的每一个依次施加电流脉冲，由此配置所述场传感器以用于测量沿所述第一维度、第二维度和第三维度的场。
4.如权利要求1所述的场传感器，其中，所述电路系统包括: 逻辑电路； i个电流驱动器电路，配置为各自响应于所述逻辑电路的输出而邻近所述i个磁元件群组之一依次施加电流脉冲。`
5.如权利要求2所述的场传感器，其中，所述电路系统包括: 逻辑电路； i+j个电流驱动器电路，配置为各自响应于所述逻辑电路的输出而邻近所述i+j个磁元件群组中的每一个依次施加电流脉冲。
6.如权利要求3所述的场传感器，其中，所述电路系统包括: 逻辑电路； i+j+k个电流驱动器电路，配置为各自响应于所述逻辑电路的输出而邻近所述i+j+k个磁元件群组中的每一个依次施加电流脉冲。
7.如权利要求1所述的场传感器，其中，所述电路系统包括: 第一触垫，配置为接收第一电流脉冲并且邻近所述i个群组之一施加所述第一电流脉冲；以及 第二触垫，配置为接收第二电流脉冲并且邻近所述i个群组中的另一个施加所述第二电流脉冲。
8.如权利要求1所述的场传感器，其中，所述第一桥电路包括: 第一磁隧道结传感器，具有带第一易轴磁取向的第一未屏蔽感测层；以及 第二磁隧道结传感器，具有带第二易轴磁取向的第二未屏蔽感测层。
9.如权利要求8所述的场传感器: 其中，当未暴露于磁场时，所述第一易轴磁取向和第二易轴磁取向离被钉扎方向沿相反方向等同地偏转。
10.一种场传感器,包括:第一桥电路，包括配置为感测沿第一方向的场的第一多个磁元件，所述第一多个磁元件至少包括第一磁元件群组和第二磁元件群组； 第一传导线路，定位得邻近于所述第一群组； 第二传导线路，定位得邻近于所述第二群组； 第二桥电路，包括配置为感测沿第二方向的场的第二多个磁元件，所述第二多个磁元件至少包括第三磁元件群组和第四磁元件群组； 第三传导线路，定位得邻近于所述第三群组； 第四传导线路，定位得邻近于所述第四群组； 第三桥电路，包括配置为感测沿第三方向的场的第三多个磁元件，所述第三多个磁元件至少包括第五磁元件群组和第六磁元件群组； 第五传导线路，定位得邻近于所述第五群组； 第六传导线路，定位得邻近于所述第六群组； 配置为将电流脉冲依次施加到所述第一传导线路至第六传导线路中的每一个并且由此配置所述场传感器以用 于测量沿所述第一方向、第二方向和第三方向的场分量的电路系统。
11.如权利要求10所述的场传感器，其中，所述电路系统进一步配置为将稳定电流施加到所述第一传导线路至第六传导线路中的每一个。
12.如权利要求10所述的场传感器，其中，所述电路系统进一步配置为同时将脉冲施加到所述群组中的至少两个，以配置所述传感器用于测量沿所述第一方向、第二方向和第三方向中的每一个的场分量。
13.如权利要求10所述的场传感器，还包括附加电路系统和算法，其配置为检测所述场传感器的输出中的误差状况，其中所述误差状况是从以下组所选择的误差状况中的至少一个: 所述桥之一的输出大于其线性范围所指定的最大可能信号； 有噪声的第一桥响应、第二桥响应或第三桥响应；以及 产生从对固定场的旋转的循环响应强偏离的沿一个或多个轴的第一桥响应、第二桥响应或第三桥响应的线性误差。
14.如权利要求13所述的场传感器，还包括用于当检测到所述误差状况中的一个或多个时发出取向场脉冲的其它电路系统。
15.—种重置场传感器的方法,包括: 将第一电流脉冲施加到位于第一桥电路内的第一磁元件群组中的每一个磁元件附近的第一重置线路；以及 随后将第二电流脉冲施加到位于所述第一桥电路内的第二磁元件群组中的每一个磁元件附近的第二重置线路。
16.如权利要求15所述的方法,还包括: 将第三电流脉冲施加到位于第二桥电路内的第三磁元件群组中的每一个磁元件附近的第三重置线路；以及 随后将第四电流脉冲施加到位于所述第二桥电路内的第四磁元件群组中的每一个磁元件附近的第四重置线路。
17.如权利要求16所述的方法，还包括: 将第五电流脉冲施加到位于第三桥电路内的第五磁元件群组中的每一个磁元件附近的第五重置线路；以及 随后将第六电流脉冲施加到位于所述第三桥电路内的第六磁元件群组中的每一个磁元件附近的第六重置线路。
18.如权利要求15所述的方法，还包括: 邻近所述第一群组和第二群组施加稳定电流；以及 测量对沿第一方向的场分量的传感器响应。
19.如权利要求16所述的方法，还包括: 邻近所述第三群组和第四群组群施加稳定电流；以及 测量对沿第二方向的场分量的传感器响应。
20.如权利要求17所述的方法，还包括: 邻近所述第五群组和第六群组施加稳定电流；以及 测量对沿第三方向的场分量的传感器响应。
21.如权利要求15所述的方法，其中，施加第一电流脉冲和第二电流脉冲包括:施加50纳秒或更短的第一电流脉 冲和第二电流脉冲。
【文档编号】G01R33/02GK103460065SQ201280017535
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2012年2月21日 优先权日:2011年2月21日
【发明者】B·恩格尔, P·马瑟 申请人:艾沃思宾技术公司