1.一种隧道磁阻(tmr)传感器,包括:
第一tmr器件,包括:
第一钉扎层、第一自由层和设置在所述第一钉扎层与所述第一自由层之间的第一隧道势垒;
所述第一tmr器件具有第一磁灵敏度和作为所述第一磁灵敏度的函数的第一电阻;以及
第二tmr器件,包括:
第二钉扎层、第二自由层和设置在所述第二钉扎层与所述第二自由层之间的第二隧道势垒;
所述第二tmr器件具有不同于所述第一tmr器件的所述第一磁灵敏度的第二磁灵敏度,并且具有作为所述第二磁灵敏度的函数的第二电阻。
2.根据权利要求1所述的tmr传感器,其中:
所述第一tmr器件被封装在封装材料中;
所述第二tmr器件被封装在所述封装材料中;以及
还包括:外部通道,形成在所述密封材料中的空隙中,与所述第一tmr器件和所述第二tmr器件相邻,所述外部通道被配置为捕获磁性纳米颗粒,以在所述第一自由层和所述第二自由层上施加杂散磁场。
3.根据权利要求1所述的tmr传感器,其中:
所述第一tmr器件被配置为:响应于施加至所述第一自由层的杂散磁场,显示出作为所述第一磁灵敏度的函数的所述第一电阻的第一变化率;以及
所述第二tmr器件被配置为:响应于施加至所述第二自由层的杂散磁场显示出所述第二电阻的第二变化率,所述第二电阻的第二变化率与所述第一tmr器件的所述第一电阻的所述第一变化率不同。
4.根据权利要求1所述的tmr传感器,其中:
所述第一钉扎层具有第一钉扎磁化;
所述第一自由层相对于所述第一钉扎层的所述第一钉扎磁化具有第一磁化角度的第一自由层磁化,其中所述第一tmr器件的所述第一电阻是所述第一磁化角度的函数;
所述第二钉扎层具有第二钉扎磁化;以及
所述第二自由层相对于所述第二钉扎层的所述第二钉扎磁化具有第二磁化角度的第二自由层磁化,其中所述第二tmr器件的所述第二电阻是所述第二磁化角度的函数。
5.根据权利要求4所述的tmr传感器,其中:
所述第一tmr器件被配置为:响应于施加至所述第一自由层的杂散磁场,显示出作为所述第一磁化角度的函数的所述第一电阻的第一变化率;以及
所述第二tmr器件被配置为:响应于施加于所述第二自由层的杂散磁化,显示出作为所述第二磁化角度的函数的所述第二电阻的第二变化率,所述第二电阻的第二变化率与所述第一tmr器件的所述第一电阻的所述第一变化率不同。
6.根据权利要求4所述的tmr传感器,其中所述第一磁化角度和所述第二磁化角度相差大于至少约十(10)度。
7.根据权利要求4所述的tmr传感器,其中:
所述第一自由层磁化相对于所述第一钉扎磁化至少相差九十(90)度;以及
所述第二自由层磁化相对于所述第二钉扎磁化至少相差六十(60)度到八十(80)度之间。
8.根据权利要求4所述的tmr传感器,其中所述第一自由层磁化基本在所述第一钉扎磁化的平面外,并且所述第二自由层磁化基本在所述第二钉扎磁化的平面外。
9.根据权利要求1所述的tmr传感器,其中:
所述第一自由层具有第一纵横比,其中所述第一tmr器件的所述第一电阻是所述第一纵横比的函数;以及
所述第二自由层具有不同于所述第一自由层的所述第一纵横比的第二纵横比,其中所述第二tmr器件的所述第二电阻是所述第二纵横比的函数。
10.根据权利要求9所述的tmr传感器,其中:
所述第一纵横比在大约3.5和5.5之间;以及
所述第二纵横比在大约1.5和3.5之间。
11.根据权利要求9所述的tmr传感器,其中:
所述第一tmr器件被配置为:响应于施加至所述第一自由层的杂散磁场,显示出作为所述第一自由层的所述第一纵横比的函数的所述第一电阻的第一变化率;以及
所述第二tmr器件被配置为:响应于施加至所述第二自由层的杂散磁场,显示出作为所述第二自由层的所述第二纵横比的函数的所述第二电阻的第二变化率,所述第二电阻的第二变化率与所述第一tmr器的所述第一电阻的所述第一变化率不同。
12.根据权利要求9所述的tmr传感器,其中:
所述第一钉扎层具有第一钉扎磁化;
所述第一自由层相对于所述第一钉扎层的所述第一钉扎磁化具有第一磁化角度的第一自由层磁化,其中所述第一tmr器件的所述第一电阻是所述第一磁化角度的又一函数;
所述第二钉扎层具有第二钉扎磁化;以及
所述第二自由层相对于所述第二钉扎层的所述第二钉扎磁化具有第二磁化角度的第二自由层磁化,所述第二磁化角度不同于所述第一磁化角度,其中所述第二tmr器件的所述第二电阻是所述第二磁化角度的又一函数。
13.根据权利要求1所述的tmr传感器,还包括:
第三tmr器件,设置在密封材料中并且具有第三电阻,所述第三tmr器件包括:
第三钉扎层、第三自由层和设置在所述第三钉扎层与所述第三自由层之间的第三隧道势垒;
所述第三tmr器件具有第三磁灵敏度。
14.根据权利要求13所述的tmr传感器,其中所述第三磁灵敏度与所述第一磁灵敏度和所述第二磁灵敏度中的至少一个磁灵敏度不同。
15.根据权利要求13所述的tmr传感器,还包括:
第四tmr器件,设置在所述密封材料中并且具有第四电阻,所述第四tmr器件包括:
第四钉扎层、第四自由层和设置在所述第四钉扎层与所述第四自由层之间的第四隧道势垒;
所述第四tmr器件具有第四磁灵敏度,所述第四磁灵敏度不同于所述第一tmr器件的所述第一磁灵敏度和所述第二tmr器件的所述第二磁灵敏度,所述第四tmr器件被配置为响应于施加至所述第四自由层的杂散磁场显示出第四电阻的第四变化率。
16.根据权利要求15所述的tmr传感器,其中:
所述第一tmr器件和所述第二tmr器件沿着第一轴对准;
所述第三tmr器件和所述第四tmr器件沿着与所述第一轴基本平行的第二轴对准;
所述第一tmr器件和所述第三tmr器件沿着与所述第一轴基本正交的第三轴对准;以及
所述第二tmr器件和所述第四tmr器件沿着与所述第一轴基本正交且与所述第三轴基本平行的第四轴对准。
17.根据权利要求1所述的tmr传感器,其中外部通道的底面被设置在与所述第一tmr器件和所述第二tmr器件相邻的水平平面中。
18.根据权利要求1所述的tmr传感器,还包括:
第一底部电极,电耦合至所述第一tmr器件的所述第一钉扎层;
第一顶部电极,电耦合至所述第一tmr器件的所述第一自由层;
第二底部电极,电耦合至所述第二tmr器件的所述第二钉扎层;
第二顶部电极,电耦合至所述第二tmr器件的所述第二自由层;
所述第一tmr器件被配置为基于所述第一tmr器件的所述第一电阻响应于在所述第一底部电极和所述第一顶部电极之间施加的第一电压差在所述第一底部电极和所述第一顶部电极之间承载第一电流;以及
所述第二tmr器件被配置为基于所述第二tmr器件的所述第二电阻响应于在所述第二底部电极和所述第二顶部电极之间施加的第二电压差在所述第二底部电极和所述第二顶部电极之间承载第二电流。
19.根据权利要求18所述的tmr传感器,还包括:
第一金属线,电耦合至所述第一顶部电极;
第二金属线,电耦合至所述第二顶部电极;
所述第一金属线被配置为在第一方向上承载所述第一tmr器件的平面外的第一电流,并且所述第二金属线被配置为在与所述第一方向相反的第二方向上承载所述第二tmr器件的平面外的第二电流。
20.根据权利要求18所述的tmr传感器,还包括:
第一存取晶体管,包括第一栅极、第一电极和第二电极,其中:
所述第一存取晶体管的所述第一栅极电耦合至字线;
所述第一tmr器件的所述第一底部电极电耦合至所述第一存取晶体管的所述第一电极;以及
所述第一tmr器件的所述第一顶部电极电耦合至源极线;所述第一tmr器件被配置为响应于所述字线上激活所述第一存取晶体管的控制信号以及施加至所述源极线的第一电压,基于所述第一tmr器件的所述第一电阻在所述第一顶部电极和所述第一底部电极之间接收所述第一电流;以及
第二存取晶体管,包括第二栅极、第一电极和第二电极,其中:
所述第二存取晶体管的所述第二栅极电耦合至所述字线;
所述第二tmr器件的所述第二底部电极电耦合至所述第二存取晶体管的所述第一电极;以及
所述第二tmr器件的所述第二顶部电极电耦合至所述源极线;
所述第二tmr器件被配置为响应于所述字线上激活所述第二存取晶体管的控制信号以及施加至所述源极线的第二电压,基于所述第二tmr器件的所述第二电阻在所述第二顶部电极和所述第二底部电极之间接收所述第二电流。
21.根据权利要求1所述的tmr传感器,包括:mr生物传感器,被配置为捕获结合到生物受体的磁性纳米颗粒,所述生物受体结合到生物样本的目标分析物。
22.根据权利要求1所述的tmr传感器,集成到集成电路(ic)芯片。
23.根据权利要求1所述的tmr传感器,集成到从由以下设备组成的组中的设备中:可穿戴设备、定点护理设备、细菌感染诊断设备、癌症检测设备、心脏病诊断设备和食品安全监控设备。
24.一种隧道磁阻(tmr)传感器,包括:
第一装置,设置在封装材料中并且具有第一磁灵敏度,用于提供作为所述第一磁灵敏度的函数的第一电阻,并且用于响应于杂散磁场显示出作为所述第一磁灵敏度的函数的第一电阻的第一变化率;
第二装置,设置在所述封装材料中并且具有第二磁灵敏度,用于提供作为所述第二磁灵敏度的函数的第二电阻,并且用于响应于所述杂散磁场显示出作为所述第二磁灵敏度的函数的所述第二电阻的第二变化率;以及
形成在所述封装材料中的空隙中的装置,用于捕获在所述第一装置和所述第二装置上施加所述杂散磁场的外部磁性纳米颗粒。
25.一种隧道磁阻(tmr)传感系统,包括:
一个或多个tmr传感器,每个tmr传感器均包括:
第一tmr器件,设置在封装材料中,所述第一tmr器件包括:
第一钉扎层、第一自由层和设置在所述第一钉扎层与所述第一自由层之间的第一隧道势垒;
所述第一tmr器件具有第一磁灵敏度和作为所述第一磁灵敏度的函数的第一电阻;以及
第二tmr器件,设置在所述封装材料中,所述第二tmr器件包括:
第二钉扎层、第二自由层和设置在所述第二钉扎层与所述第二自由层之间的第二隧道势垒;
所述第二tmr器件具有不同于所述第一tmr器件的所述第一磁灵敏度的第二磁灵敏度,并且具有作为所述第二磁灵敏度的函数的第二电阻;以及
感测电路,被配置为:
响应于感测操作在所述一个或多个tmr传感器中选择tmr传感器;
基于所选tmr传感器的所述第一tmr器件的所述第一电阻的变化生成第一感测电压;并且
基于所选tmr传感器的所述第二tmr器件的所述第二电阻的变化生成第二感测电压。
26.根据权利要求25所述的tmr感测系统,还包括:感测放大器,被配置为基于所述第一感测电压和所述第二感测电压之间的差生成差分输出电压。
27.根据权利要求25所述的tmr感测系统,其中:
对于所述一个或多个tmr传感器中的每个所述第一tmr器件:
所述第一钉扎层具有第一钉扎磁化;并且
所述第一自由层相对于所述第一钉扎层的所述第一钉扎磁化具有第一磁化角度的第一自由层磁化,其中所述第一tmr器件的所述第一电阻是所述第一磁化角度的函数;以及
对于所述一个或多个tmr传感器中的每个所述第二tmr器件:
所述第二钉扎层具有第二钉扎磁化;并且
所述第二自由层相对于所述第二钉扎层的所述第二钉扎磁化具有第二磁化角度的第二自由层磁化,其中所述第二tmr器件的所述第二电阻是所述第二磁化角度的函数。
28.根据权利要求25所述的tmr感测系统,其中:
对于所述一个或多个tmr传感器中的每个所述第一tmr器件,所述第一自由层具有第一纵横比,其中所述第一tmr器件的所述第一电阻是所述第一纵横比的函数;以及
对于所述一个或多个tmr传感器中的每个所述第二tmr器件,所述第二自由层具有不同于所述第一自由层的所述第一纵横比的第二纵横比,其中所述第二tmr器件的所述第二电阻是所述第二纵横比的函数。
29.一种检测隧道磁阻(tmr)传感器中的磁性纳米颗粒的存在的方法,包括:
接收被结合到生物受体的磁性纳米颗粒,所述生物受体被配置为在多个外部通道中的至少一个外部通道中捕获生物传感器芯片中的目标分析物,每个外部通道均形成生物活性区,所述生物传感器芯片包括多个tmr传感器,每个tmr传感器均包括:
第一tmr器件,设置在封装材料中,所述第一tmr器件包括:
第一钉扎层、第一自由层和设置在所述第一钉扎层与所述第一自由层之间的第一隧道势垒;
所述第一tmr器件具有第一磁灵敏度和作为所述第一磁灵敏度的函数的第一电阻;
第二tmr器件,设置在所述封装材料,所述第二tmr器件包括:
第二钉扎层、第二自由层和设置在所述第二钉扎层与所述第二自由层之间的第二隧道势垒;
所述第二tmr器件具有不同于所述第一tmr器件的所述第一磁灵敏度的第二磁灵敏度,并且具有作为所述第二磁灵敏度的函数的第二电阻;
响应于感测操作,在所述多个tmr传感器中选择至少一个tmr传感器;
基于所选至少一个tmr传感器的所述第一tmr器件的所述第一电阻的变化生成第一感测电压;以及
基于所选至少一个tmr传感器的所述第二tmr器件的所述第二电阻的变化生成第二感测电压。
30.根据权利要求29所述的方法,还包括:基于所述第一感测电压和所述第二感测电压之间的差,生成指示在所述至少一个外部通道中存在所述磁性纳米颗粒的差分输出电压。