优先权声明本申请要求于2015年6月26日提交的意大利专利申请号102015000028222的优先权，其公开内容通过引用并入。技术领域本实用新型涉及AMR(各向异性磁电阻)类型的大规模集成磁电阻器。
背景技术：
凭借其检测自然磁场(例如，地球磁场)和由电气部件(诸如电气或者电子设备和由电流遍历的线路)生成的磁场的能力，AMR磁场传感器被用于多种应用和系统中，例如用于罗盘、用于检测铁磁特性的系统、检测电流、以及范围广泛的其它应用。如已知的，这种磁电阻传感器利用合适铁磁材料(称为磁电阻材料，例如由Fe-Ni合金形成的被称为“坡莫合金(permalloy)”的材料)在存在外部磁场的情况下修改它们自身的电阻的能力。当前，集成类型的磁电阻传感器被制造为半导体材料(例如硅)的基板上的磁电阻材料条体。在制造期间，磁电阻材料条体被磁化，以便在预设方向(例如条体的纵向方向)上具有优选的磁化。在没有外部磁场的情况下，磁化保持所施加的方向，并且条体具有最大电阻。在存在外部磁场(其方向不同于优选磁化)的情况下，条体的磁化和条体中流动的电流之间的角度改变，其电阻同样改变(减少)，如图1A和图1B所示。在示出了在没有外部磁场的情况下的磁化M的图1A中，磁电阻器1由磁电阻条体2形成，磁电阻条体2具有平行于X轴(还称为“易轴”，因为这一方向是条体更容易磁化的方向)的纵向方向。向磁电阻器1供应在条体的纵向方向上流动的电流I。在这一条件下，磁化M平行于易轴EA。在图1B中，磁电阻器1沉浸在平行于Y轴(还称为“难轴”，因为这是磁电阻条体2更难磁化的方向)的外部磁场Hy中。在这一条件下，外部磁场Hy使得磁化M关于电流I旋转通过角度α，从而根据与cos2α关联的法则，使得磁电阻条体2的电阻减少。为了至少在曲线的操作部分中将电阻R的图线性化，已知在磁电阻条体2上方形成导电材料(例如铝)的横向条体3(称为“理发店招牌柱(barberpoles)”)，横向条体3以恒定距离布置并且关于易轴EA的方向成45度的倾角，如图2所示。在这一情况下，电流I的方向改变，但是磁化M的方向不变，并且电阻在外部磁场的零点附近具有线性特性。以这一方式，可能容易检测沿着Y轴定向或者具有平行于Y轴的分量的任何磁场。图3示出了包括连接为形成惠斯通(Wheatstone)电桥的图2所示类型的四个磁电阻器1的磁电阻传感器4，其中横向条体3以交替方式布置在电桥的每个分支4a和4b中。两个分支4a、4b在两个输入节点5、6处连接，其中偏压Vb施加在这两个节点之间。以这一方式，分支4a、4b的中间节点7、8之间的输出电压Vo与存在的外部磁场Hy关联。如果在没有外部磁场的情况下每个磁电阻器1在易轴的方向上被磁化并且只要所施加的磁化M存留，则上述类型的磁电阻传感器正常工作。为了保持所施加的磁化M，磁电阻传感器通常包括设置/重置线圈(由图4中的10指定)。设置/重置线圈10实现刷新操作，表现为在期望方向上的重复的快速磁化步骤。如从图4和图5可以注意到的那样，设置/重置线圈10(此处为方形螺旋形状的)具有横向于(优选地垂直于)磁电阻条体2的纵向方向延伸的伸展11，磁电阻条体2的纵向方向平行于易轴EA。在所图示的示例中(特别地，见图5的横截面)，设置/重置线圈10形成于第三金属水平(metallevel)M3中，在磁电阻条体2上方。转而，磁电阻条体2形成于第一金属水平M1下方，并且后者形成理发店招牌柱3。所描述的结构进一步形成于覆在基板13(例如硅)上并且与后者一起形成集成芯片15的绝缘结构12中。在实际中，在刷新期间，设置/重置线圈10被供应有高电流并且生成磁场B，该磁场在磁电阻条体2的区域中平行于易轴的方向(例如见通过引用并入的美国专利号5,247,278)。
技术实现要素：
然而，由于其大幅减少的灵敏度尺度，当前可用的磁电阻传感器(例如其作为线性或者角度位置传感器或者作为电流传感器操作)可能不易于在工业处理中使用并且不易于在汽车行业中使用。在本领域中需要提供能够克服上述和其它缺点的磁电阻传感器。本公开涉及磁电阻传感器和集成传感器。根据本公开的第一方面，提供了各向异性磁电阻(AMR)类型的集成磁电阻传感器，其包括第一磁电阻单元，第一磁电阻单元包括：磁电阻器，包括细长形状的磁电阻条体，磁电阻条体具有在平行于优选磁化方向的第一方向上的长度和在垂直于第一方向的第二方向上的宽度；设置/重置线圈，具有横向于第一方向延伸的伸展；以及铁磁材料的屏蔽区域，具有在第二方向上的大于磁电阻条体的宽度的宽度。根据第一方面的实施例，磁电阻器、设置/重置线圈、以及屏蔽区域被布置在彼此的顶部上，其中设置/重置线圈被布置在磁电阻器和屏蔽区域之间。根据第一方面的实施例，屏蔽区域由软铁磁材料制成。根据第一方面的实施例，软铁磁材料从由坡莫合金或者基于钴-铁-硼或者坡莫合金的材料组成的组中选取。根据第一方面的实施例，屏蔽区域包括多个屏蔽条体，多个屏蔽条体平行于彼此并且邻近彼此、平行于第二方向、并且横向于磁电阻条体延伸，使得多个屏蔽条体和磁电阻条体具有多个竖直对准部分。根据第一方面的实施例，屏蔽区域具有在第一方向上的长度，屏蔽区域的长度等于或者大于磁电阻条体的长度。根据第一方面的实施例，磁电阻传感器进一步包括布置在半导体材料的基板上的绝缘区域，其中设置/重置线圈的伸展在磁电阻条体之上延伸，并且屏蔽区域在设置/重置线圈的伸展之上延伸，并且其中设置/重置线圈和磁电阻条体形成于绝缘区域中，并且屏蔽区域形成在绝缘区域上。根据第一方面的实施例，磁电阻传感器进一步包括邻近第一磁电阻单元布置的非屏蔽磁电阻单元。根据第一方面的实施例，磁电阻传感器进一步包括邻近第一磁电阻单元的其它磁电阻单元，其它磁电阻单元包括：相应磁电阻条体，具有在第二方向上的宽度；以及铁磁材料的相应屏蔽区域，具有在第二方向上的相应宽度，其它磁电阻单元的相应屏蔽区域的宽度大于其它磁电阻单元的相应磁电阻条体的宽度并且小于第一磁电阻单元的屏蔽区域的宽度。根据第一方面的实施例，磁电阻条体为第一磁电阻条体，并且传感器包括邻近并且平行于第一磁电阻条体的第二磁电阻条体，屏蔽区域横向于第二磁电阻条体延伸，屏蔽区域具有竖直对准于第一磁电阻条体和第二磁电阻条体的部分。根据第一方面的实施例，磁电阻传感器形成线性位置传感器、角度位置传感器、电流传感器之一。根据第一方面的实施例，磁电阻传感器形成用于工业应用的磁传感器、以及用于汽车应用的磁传感器之一。根据本公开的第二方面，提供各向异性磁电阻(AMR)类型的集成传感器，其包括：第一磁电阻器和第二磁电阻器，其中每个磁电阻器包括相应磁电阻条体；屏蔽区域，每个屏蔽区域具有竖直对准于相应磁电阻条体的部分；以及单个设置/重置线圈，竖直布置在第一磁电阻器和第二磁电阻器与用于第一磁电阻器和第二磁电阻器的相应集中区域之间。根据第二方面的实施例，第一磁电阻器和第二磁电阻器的磁电阻条体共面，平行于彼此延伸，并且被桥接；并且设置/重置线圈具有平行于彼此的第一伸展和第二伸展，第一伸展和第二伸展横向于磁电阻条体并且平行于屏蔽区域布置，设置/重置线圈的第一伸展在磁电阻条体和第一磁电阻器的相应屏蔽区域之间延伸，并且设置/重置线圈的第二伸展在磁电阻条体和第二磁电阻器的相应集中区域之间竖直延伸。根据第二方面的实施例，集成传感器形成线性位置传感器、角度位置传感器、电流传感器之一。根据第二方面的实施例，集成传感器形成用于工业应用的磁传感器、以及用于汽车应用的磁传感器之一。根据本公开的第三方面，提供各向异性磁电阻(AMR)类型的集成磁电阻传感器，其包括邻近彼此定位的多个磁电阻单元，其中每个磁电阻单元包括：磁电阻条体，具有在第一方向上的长度和在垂直于第一方向的第二方向上的宽度；设置/重置线圈，具有横向于第一方向延伸的伸展；以及铁磁材料的屏蔽区域，具有在第二方向上的大于磁电阻条体的宽度的宽度；其中多个磁电阻单元中的第一磁电阻单元的屏蔽区域具有第一宽度，并且多个磁电阻单元中的第一磁电阻单元的屏蔽区域具有不同于第一宽度的第二宽度。根据第三方面的实施例，每个磁电阻单元的设置/重置线圈定位在磁电阻条体和屏蔽区域之间。根据第三方面的实施例，屏蔽区域包括多个屏蔽条体，多个屏蔽条体平行于彼此并且邻近彼此并且横向于磁电阻条体延伸。根据第三方面的实施例，磁电阻传感器进一步包括邻近多个磁电阻单元之一布置的非屏蔽磁电阻单元，非屏蔽磁电阻单元包括磁电阻条体，磁电阻条体具有在第一方向上的长度和在垂直于第一方向的第二方向上的宽度；设置/重置线圈，具有横向于第一方向延伸的伸展。根据第三方面的实施例，每个磁电阻单元中的屏蔽区域的宽度大于该磁电阻单元的磁电阻条体的宽度。根据第三方面的实施例，磁电阻传感器形成线性位置传感器、角度位置传感器、电流传感器之一。根据第三方面的实施例，磁电阻传感器形成用于工业应用的磁传感器、以及用于汽车应用的磁传感器之一。铁磁材料的屏蔽层被布置在磁电阻元件上方。屏蔽层具有比磁电阻元件更大的宽度(垂直于易轴EA)。以这一方式，屏蔽层将外部磁场集中在其中，并且之下的磁电阻器“见到”被向下衰减到屏蔽层(磁电阻传感器的休眠区域)的饱和值的场。在饱和值之后，屏蔽层不再能够进一步衰减外部场，但是磁电阻器见到的场在任何情形下都是被衰减的。因此，针对高于屏蔽层的饱和值的外部磁场，其经衰减的值低于磁电阻器的饱和值，则磁电阻器可以检测外部磁场(即将自身布置在测量区域中)。通过对屏蔽层的合适设计，特别地其宽度，可以调节屏蔽区间。以这一方式，可能形成具有适于期望场特性的测量区域的磁电阻传感器。此外，通过提供若干具有不同测量区域的磁电阻传感器，可能获得相比于单个磁电阻传感器具有显著增大的尺度的磁电阻器设备。附图说明为了更好的理解，现在单纯通过非限制性示例的方式，参照附图描述其优选实施例，其中：图1A和图1B为分别在没有外部磁场和存在外部磁场的情况下的已知的AMR类型的磁电阻器的示意性图示；图2为具有理发店招牌柱的已知AMR磁电阻器的实施例的示意性图示；图3示出了由图2所示类型的磁电阻器形成的电桥磁电阻传感器；图4为具有设置/重置线圈的已知磁电阻传感器的示意性顶视平面图；图5为图4中的磁电阻传感器的沿着截面线V-V所取的横截面；图6为示意性表示以图示本操作原理的磁电阻传感器的横截面；图7为图6中的传感器的顶视平面图；图8示出了对于铁磁材料而言磁化M和外部场H之间的关系；图9为本磁电阻传感器的实施例的横截面；图10为本磁电阻传感器的实施例的横截面；图11为本磁电阻传感器的实施例的顶视平面图；以及图12为本磁电阻传感器的实施例的顶视平面图。具体实施方式图6和图7示意性地示出了包括布置在彼此顶部上的磁电阻器21、设置/重置线圈22、以及屏蔽区域23的磁电阻单元20。转而，磁电阻器21包括磁电阻条体24和理发店招牌柱25。磁电阻条体24是诸如例如坡莫合金(包含铁和镍的铁磁合金)之类的磁电阻材料的。磁电阻条体24具有细长形状，并且因此具有在易轴EA的方向(平行于X轴、垂直于绘制平面的方向)上的主尺寸(长度)和在难轴HA的方向(平行于Y轴的方向)上的次尺寸(宽度)。磁电阻条体具有例如被包括在30微米和300微米之间的长度、被包括在1微米和20微米之间的宽度、以及被包括在10纳米和100纳米之间的厚度。理发店招牌柱25是导电材料(例如铝)的，并且被布置在恒定距离处，关于易轴EA的方向成45度倾角。诸如铝之类的导电材料的设置/重置线圈22被布置在磁电阻条体24和屏蔽区域23之间。设置/重置线圈22具有垂直于磁电阻条体24延伸的至少一个部分(表示的部分)。屏蔽区域23是铁磁材料的，例如软的、特别地各向同性的铁磁材料的，诸如坡莫合金或者基于镍、钴、或者钴-铁的其它材料，诸如钴-铁-硅-硼(CoFeSiB)或者钴-铁-硅-钼或者钴-铁-硅-铌、基于钴的无定形材料、或者基于铁的纳米晶体材料，以便具有接近零的矫顽磁力Hc(以获得高的集中效应)和尽可能高的磁导率(以获得高的屏蔽效应)。屏蔽区域23在磁电阻条体24和设置/重置线圈22之上延伸，并且具有在磁电阻条体24的难轴的方向(Y方向)上的大于磁电阻条体24的宽度的尺寸(宽度)。屏蔽区域23具有与如下面参照图8解释的期望获得的屏蔽效应关联的尺寸，并且具有例如被包括在1微米和10微米之间的厚度和被包括在100微米和500微米之间的宽度。磁电阻单元20形成于半导电材料(诸如硅)的基板35上的芯片40中，其中磁电阻器21和线圈22嵌入在例如TEOS(正硅酸四乙酯)层的绝缘层36中。磁电阻器21直接在基板35的顶表面37上形成，设置/重置线圈22在磁电阻条体24上形成于一个或者多个金属水平(如图5所示)中，并且屏蔽区域23在绝缘层36的顶表面38之上延伸。详细地，由于其为铁磁材料的，屏蔽区域23具有如图8所示的作为外部磁场H的函数的磁化特性M。图示的特性具有三个部分A、B、C，在这三个部分处屏蔽区域23具有不同的行为。具体而言，在曲线部分B中，其中外部场H被包括在第一饱和值H1和第二饱和值H2之间，屏蔽层23在线性区域中并且将大部分的外部场H集中在其内，如图6中的箭头所示。因此，在这一区域中，屏蔽层23活跃并且屏蔽磁电阻器21，磁电阻器因此通有非常低的磁场，该磁场基本上低于磁电阻器21的灵敏度极限。在曲线部分A和C中，在外部磁场H的第一值H1之下和第二值H2之上，磁化具有平坦的轮廓，并且屏蔽区域23不能“吸收”其它磁场线。外部磁场H因此到达磁电阻器21，虽然衰减基本上固定的值。因此，在这些区域中，磁电阻器21“见到”与外部场关联的但是降低的并且因此在磁电阻器21的灵敏度区域内的外部场。因此，在屏蔽区域23的饱和值之上，磁电阻器21在测量区域内，并且具有随外部磁场H变化的电阻(除了由于屏蔽区域23的衰减而发生的移位)。如已知的，由于可能通过变化铁磁材料的几何形状以便作用于去磁化因子(例如，见通过引用并入的“DemagnetizingFactorsoftheGeneralEllipsoid”,J.A.Osborn,PhysicalReview,Vol.67.Numbers11and12,June1and18,1945)来变化发生铁磁材料的饱和的外部场H的值，所以通过作用于屏蔽区域23的厚度和宽度，可能调节磁电阻单元20的灵敏度范围。例如，长度L可以被包括在100微米和600微米之间，并且厚度可以被包括在1微米和10微米之间。此外，通过在同一传感器中提供设计为具有不同灵敏度区间并且因此不同测量区域的更多磁电阻单元20，可能提供具有非常宽的总灵敏度范围的磁电阻传感器。例如，图9为具有四个磁电阻单元30、20-1、20-2、以及20-3的磁电阻传感器50的示意性图示，四个磁电阻单元被配置为具有邻近的灵敏度区间。详细地，传感器50具有：第一单元30，第一单元30无任何屏蔽区域23并且因此形成为图4至图5中的磁电阻器；第二单元20-1，具有其特征在于宽度L1的屏蔽区域23-1；第三单元20-2，具有其特征在于宽度L2的屏蔽区域23-2；以及第四单元20-3，具有其特征在于宽度L3的屏蔽区域23-3，其中L1>L2>L3。以这一方式，可能设置宽度L1至L3，使得：第一单元30对具有被包括在高达第一值H3的第一场区间中的幅度的外部磁场敏感；第二单元20-1对具有被包括在邻近第一区间的第二场区间H3-H4中的幅度的外部磁场敏感；第三单元20-2对具有被包括在邻近第二区间的第三场区间H4-H5中的幅度的外部磁场敏感；并且第四单元20-3对具有被包括在邻近第三区间的第四场区间H5-H6中的幅度的外部磁场敏感。例如，在具有1微米厚度的基于钴的无定形材料的屏蔽区域23的情况下，通过设置L1＝500μm、L2＝250μm和L3＝170μm，H3＝10G、H4＝20G、H5＝30G、H6＝40G。于是磁电阻传感器50可以具有被包括在0和40G之间的总灵敏度。在材料(例如NiFe)和厚度(例如10微米)的不同选择的情况下，可能屏蔽强度高达120G及以上的场。图10和图11示出了包括多个图7中的磁电阻单元20的磁电阻传感器的实施例。可以使用相同配置获得图9中的每个磁电阻单元20-1、20-2、以及20-3。具体而言，在图10和图11的实施例中，两对磁电阻器21在设置/重置线圈22的平行于彼此的两个不同部分上方延伸，使得每对磁电阻器与两圈线圈交叉。以未示出的方式，四个磁电阻器21可以如图3所示那样桥接。详细地，在图10和图11中，磁电阻器21的磁电阻条体24平行于彼此并且平行于X轴延伸，关于彼此共面，并且成对布置在彼此旁边。为了简化，图中未示出理发店招牌柱25，理发店招牌柱可以定向为全部都在相同方向上或者成对垂直，并且连接以形成图3中的配置。设置/重置线圈22具有平行于彼此、均平行于Y轴的至少两个伸展34a、34b(此处为两对伸展34a、34b)，使得在顶视平面图中，每个伸展34a、34b与相应的磁电阻条体24对交叉。在图示的示例中，第一对的伸展34a与彼此邻近的两个磁电阻条体24交叉，并且第二对的伸展34b与彼此邻近的两个磁电阻条体24交叉。在图11中，屏蔽区域23各自由针对每对磁电阻条体24的多个屏蔽条体45形成。屏蔽条体45横向于磁电阻条体24，并且因此平行于彼此且平行于Y轴。实际上，针对每对伸展34a、34b，屏蔽条体45限定长方形屏蔽区域23，该长方形屏蔽区域突出超过布置在彼此旁边的磁电阻条体24对的宽度，并且基本上覆盖磁电阻条体24的长度。如已知的，对屏蔽区域23的长度(即平行于易轴EA的尺寸)的选择与期望的频率特性关联。如本领域技术人员所知，多个屏蔽条体45的存在使得磁电阻传感器能够工作于频率可变化的场下。例如，屏蔽条体45具有被包括在100微米和600微米之间的宽度(在Y方向上)、被包括在6微米和30微米之间的长度(在X方向上)，并且以被包括在半长度和全长度之间的相互距离布置。实际上，针对每对磁电阻条体24，对应的屏蔽条体45形成竖直对准于磁电阻条体24的多个交叉区域。图12示出了其中屏蔽区域23包括针对每对磁电阻器21的单个长方形区域的实施例。具体而言，每个屏蔽区域23完全覆盖邻近彼此布置的磁电阻器21对。至于其他，图12中的结构与图11相同，并且具有与图10所示的横截面相同的横截面。凭借所描述的解决方案，磁电阻传感器(针对相同灵敏度的磁电阻传感器)相比于已知传感器，能够将外部磁场的测量区间增加若干倍。图示的结构实现了对设置/重置过程的优化。实际上，在设置和重置期间，屏蔽区域23引起了等效磁路的磁阻的减少，并且因此对于线圈22中的相同电流而言在磁电阻器21上生成的场的增加，或者对于相同的磁化而言引起了设置/重置电流的减少，随之发生能量节省。此外，使用所描述的解决方案，通过适当地选择图11的实施例中的铁磁条体45的长度(在易轴EA的方向上)，可能设计出与高频率兼容的布局。所描述的磁电阻器可以有利地应用于线性位置传感器、角度位置传感器、电流传感器、用于工业应用的磁传感器、以及用于汽车应用的磁传感器。最后，清楚的是，可以对本文所描述和图示的磁电阻传感器做出修改和变化，而不会由此脱离如在所附权利要求中限定的本实用新型的范围。例如，每当技术上可能或者出于其它原因，磁电阻条体24可以形成于设置/重置线圈22上方，并且屏蔽区域23可以形成于设置/重置线圈22下方。此外，通过将磁电阻器21对并且还将对应的屏蔽区域23布置在线圈22的平行于图11和图12中的X轴的侧面上，可能获得对垂直于所示方向(即在X方向上)指向的外部磁场敏感的磁电阻传感器。