器件、磁传感器器件以及方法
【技术领域】
[0001] 实施例涉及器件、磁传感器器件以及方法。
【背景技术】
[0002] 在众多技术应用中，磁场用于不同的目的。磁场包括磁场强度和方向。根据考虑 到的应用，之前提到的任何或者所有物理量均可在技术上用于监视或者检测系统等的操作 状况。例如，基于调制的磁场的磁场强度，可以确定诸如汽车轮胎的部件的速度或者速率。 通过确定磁场关于参考方向的角度，可以确定诸如方向盘之类的部件关于参考方向或者以 预定方式根据参考方向的方向的定向。应用的其它示例来自诸如安保应用或者与安全相关 应用之类的领域。例如，通过监视磁场强度，可以验证安全机制是否正确启动。
[0003] 为了检测或者监视任何磁场强度或其组合，可以使用不同的传感器技术。磁阻结 构代表一种可以非常灵活使用和实施的传感器技术。
【发明内容】
[0004] 正在进行的努力是为了改进制造、确定相应一个或者多个磁学量的准确性、以及 实施对应器件之间的折衷。
[0005] 根据实施例的器件包括：磁阻结构，包括具有自发生成的平面内闭合通量磁化图 案的磁自由层和具有非闭合通量磁化图案的磁参考层。
[0006] 根据实施例的磁传感器器件包括：磁阻结构，包括被配置为提供平面内闭合通量 磁化图案的磁自由层和包括参考磁化图案的磁参考层；另一磁阻结构，包括具有平面内非 闭合通量磁化图案的另一磁自由层和包括另一参考磁化图案的另一磁参考层；以及至少一 个电路，用于检测磁阻结构的电参数和另一磁阻结构的电参数响应于施加的外部磁场的变 化。
[0007] 根据实施例的器件包括：磁阻结构，包括具有平面内闭合通量磁化图案的磁自由 层和具有非闭合通量磁化图案的磁参考层，其中电接触结构被配置为以平面内电流配置将 电流供给到磁阻结构中。
[0008] 根据实施例的器件包括：磁阻结构，包括具有平面内闭合通量磁化图案的磁自由 层，该磁自由层包括由电绝缘层或者磁耦合层分离的至少两个铁磁层。
[0009] 根据实施例的方法包括参照具有非闭合通量磁化图案的磁参考层检测磁自由层 中的自发形成的平面内闭合通量磁化图案的变化。
【附图说明】
[0010] 本发明的若干实施例将在附图中描述。
[0011] 图1示出了根据实施例的器件的简化截面图；
[0012] 图2示出了根据另一实施例的器件的示意性截面图；
[0013] 图3a示出了穿过根据具有平面内电流配置的实施例的器件的示意性截面图；
[0014] 图3b示出了穿过根据具有垂直于平面电流配置的实施例的器件的示意性截面 图；
[0015] 图4示出了包括至少两个铁磁层的器件的示意性截面图；
[0016] 图5示出了根据实施例的方法的框图；
[0017] 图6示出了器件关于极轮（polewheel)的位置；
[0018] 图7示出了由极轮创建的磁场的Hy场分量；
[0019] 图8a示出了由位于居中位置的极轮创建的检测到的磁场；
[0020] 图8b示出了由位于第一偏离中心位置的极轮创建的检测到的磁场；
[0021] 图8c示出了由位于另一偏离中心位置的极轮创建的检测到的磁场；
[0022] 图9示出了伸长的磁阻结构；
[0023] 图10示出了平面内闭合通量磁化图案及其偏移（shifted)版本；
[0024] 图11示出了具有平面内闭合通量磁化图案的磁自由层中响应于外部磁场的磁 化；
[0025] 图12示出了具有平面内闭合通量磁化图案的磁自由层的转移函数；
[0026] 图13在左边部分示出了平面内闭合通量磁化图案，在右边部分示出了被外部磁 场破坏的在左边部分示出的图案；
[0027] 图14示出了具有自发生成的平面内闭合通量磁化图案的磁自由层的简化相图；
[0028] 图15示出了器件的简化平面图；
[0029] 图16示出了器件的简化平面图；
[0030] 图17示出了器件的简化平面图；
[0031] 图18示出了器件的简化平面图；
[0032] 图19示出了包括若干磁阻结构的器件的总面积的简化平面图；
[0033] 图20示出了另一器件的简化平面图；
[0034] 图21示意性示出了稳态扰动场对于磁阻自由层磁化与参考角度的角度偏差的影 响；
[0035] 图22示出了特定示例的自由层磁化的偏差；
[0036] 图23示出了作为参考角度的函数的矢量长度的函数；
[0037] 图24示出了在-45°角处的近似1. 5mT的扰动场和在补偿之前的25mT的旋转磁 场的角度误差；
[0038] 图25示出了在-45°角处的近似1.5mT的扰动场和在补偿流程之后的25mT的旋 转磁场的角度误差；
[0039] 图26示出了全角度传感器器件的示意图。
【具体实施方式】
[0040] 在下文中，将更详细地描述根据本发明的实施例。在此情境下，总括性参考标号将 用于同时描述若干物体或者描述这些物体的共同特征、尺寸、特性等。总括性参考标号基于 其各自的参考标号。此外，在若干实施例或者若干附图中出现的物体（但是在其至少一些 功能或者结构特征方面相同或者至少相似）将用相同或者相似的参考标号表示。为了避免 不必要的重复，关于这种物体的部分描述也涉及不同实施例或者不同附图中的对应物体， 除非另外明确或者（考虑说明和附图的情境）含蓄地表示。因此，相似或者相关的物体可 以用至少一些相同或者相似的特征、尺寸、以及特性实施，但是也可以用不同的性质实施。
[0041] 实施例涉及基于XMR技术的例如在旋转速度传感器应用中使用的磁阻传感器和 器件。然而，目前为止，应用不限定于旋转速度传感器应用。如上文所述，器件可以在非常 不同的技术应用中使用，其中将确定、监视或者感测磁场的磁学量。在下文中，仅为简化目 的，将主要在旋转速度传感器应用的情境下描述应用。然而，本文所描述的器件可以在很多 其它应用中使用，其中可以使用基于磁阻技术的传感器或者器件。
[0042] 磁阻传感器（XMR)可以例如基于各向异性磁阻（AMR)效应、巨磁阻（GMR)效应、异 常磁阻（EMR)效应和/或穿隧磁阻（TMR)效应实施。如将在下文更详细阐述的那样，在这 种传感器或者器件中所包括的磁阻结构可以自身包括沉积在例如裸片、衬底或者相似载体 的表面上的层叠结构。响应于外部施加的磁场，诸如电阻的电参数将改变。其可以例如通 过向磁阻结构提供平行于层叠结构（称为平面内电流配置（CIP配置））或者垂直于层叠结 构（称为垂直于平面电流配置（CPP配置））的电流被检测、感测或者测量。除非另外陈述， 下文描述的任何器件或者结构可以以CPP配置或者CIP配置二者中的一个进行操作。
[0043] 此外，参照下文的附图，将基于简化的框图描述不同的器件。参照这些附图，将根 据实施例把重点放在不同的方面和实施方式细节上。然而，根据实施例的器件，可以实施一 个或者多个不同方面。
[0044] 图1示出了根据实施例的包括磁阻结构110的器件100的示意性截面图，该磁阻 结构可以沉积在诸如半导体裸片的衬底120上（仅举一个示例）。磁阻结构110包括磁自 由层130和磁参考层140。磁自由层可以以如下方式设计，即该磁自由层自发生成平面内闭 合通量磁化图案，同时形成磁参考层140使得其提供非闭合通量磁化图案。
[0045] 磁自由层130的闭合通量磁化图案可以例如基本上包括单平面内闭合通量磁化 图案，其中非闭合通量磁化图案或者磁参考层140可以包括共轴磁化图案（仅举一个示 例）。闭合通量磁化图案可以例如至少部分地包括朗道（Landau)图案、圆周图案、涡旋图案 或者任何上述图案的组合。朗道图案至少部分地包括类多边形闭合形状，而圆周图案可以 包括更平滑、更圆的闭合形状。纯涡旋图案可以基本上是圆形的。然而，平面内闭合通量磁 化图案可以包括上述图案的任何组合。此外，磁化图案的闭合磁化线可以根据任何上述图 案完全塑形，但是也可以包括根据不同闭合通量磁化图案的部分。
[0046] 磁自由层130被实施为自发生成平面内闭合通量磁化图案。换句话说，平面 内闭合通量磁化图案可以在例如外部磁场的磁场强度小于成核磁场强度（nucleation magneticfieldstrength)时形成。换句话说，平面内闭合通量磁化图案可以例如由磁自 由层130形成，这里假设其基态为无场状态（就外部磁场而言）。成核磁场强度可以（如将 在下文阐述的那样）取决于用于磁自由层130的一种或者多种材料、其几何结构以及其它 参数。成核磁场强度可以例如等于或者大于100UT。在其它实施例中，成核磁场强度可以 等于或者大于lmT、等于或者大于2mT或者等于或者大于5mT。
[0047] 如将在下文更详细阐述的那样，通过施加外部磁场，可以偏移自发生成的平面内 闭合通量磁化图案，导致净磁化。然而，当外部磁场包括大于湮灭磁场强度（annihilation magneticfieldstrengh)的磁场强度时，平面内闭合通量磁化图案可能被破坏。磁自由层 130可以以如下方式设计，即湮灭磁场强度可以至少等于或者大于5mT、等于或者大于10mT 或者等于或者大于20mT。湮灭磁场强度可以等于或者小于lOOmT、等于或者小于75mT或者 等于或者小于50mT。
[0048] 例如，磁自由层130可以包括磁自由层平面中的非伸长形状。例如，磁自由层可以 包括凸型，该凸型包括沿着第一方向的第一延伸和沿着第二方向的第二延伸，其中第一方 向和第二方向两者都在磁自由层130的平面内。第二方向可以垂直于第一方向。第一延伸 可以以如下方式等于或者小于第二延伸，即第二延伸对第一延伸的比率最大为2。在其它示 例中，该比率可以最大为5或者最大为10。
[0049] 例如，磁自由层130至少部分地包括圆形、椭圆形、三角形、方形、多边形或者其任 何组合。例如，磁自由层130可以包括在磁自由层130的平面中的在100nm至5ym之间范 围内的最大结构尺寸。上述下边界l〇〇nm和上边界5ym目前为止不是强制的并且在不同 的应用和器件中可以假设不同的值。例如，这些参数可以取决于材料成分、表面粗糙度以及 其它细节。例如，在实施例中，下边界l〇〇nm也可以是200nm、500nm、或者lym。此外，在其 它实施例中，上边界5ym可以是3ym或者lym。
[0050] 同样也适用于磁自由层130的厚度，该磁自由层可以例如包括在lnm和50nm之间 范围内的厚度。在其它器件100中，厚度可以更大，例如大于2nm、5nm或者10nm。然而，也 可以实施小于lnm的厚度，然而上边界50nm可以更小（不取决于下边界lnm)，例如40nm、 30nm，但是也可以更大。
[0051] 此外，如将在下文更详细阐述的那样，根据实施例的器件100可以包括串联电耦 合的多个磁阻结构110。多个磁阻结构可以例如在几何上以诸如正方形图案、六边形图案、 三角形图案的常规图案或者其它常规图案进行布置。磁参考层140可以包括合成反铁磁 (SAF)结构150,用于固定磁参考层140的非闭合通量磁化图案。例如，合成反