МАГНИТОРЕЗИСТИВНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Полезная модель относится к области производства микроэлектронных изделий и может быть использована в конструкциях систем преобразователей магнитного поля для средств измерения физических величин, средств контроля параметров процессов, систем представления и обработки информации, компонент автоматических и автоматизированных систем управления.
Известен магниторезистивный датчик по патенту РФ №2436200 (МПК H01L 43/08, опубл. 10.12.2011 г.), который содержит подложку с диэлектрическим слоем, на котором расположены соединенные в мостовую схему немагнитными низкорезистивными перемычками четыре ряда линейно расположенных и последовательно соединенных этими перемычками тонкопленочных магниторезистивных полосок, каждая из которых содержит нижний и верхний защитные слои, между которыми расположена магнитомягкая пленка, первый изолирующий слой поверх тонкопленочных магниторезистивных полосок, на котором сформирован проводник управления с рабочими частями, расположенными над тонкопленочными магниторезистивными полосками вдоль каждого их ряда и соединенными в виде меандра, второй изолирующий слой, планарная катушка, рабочие части которой расположены вдоль оси легкого намагничивания, и защитный слой, причем тонкопленочные магниторезистивные полоски в двух соседних рядах ориентированы под углом 45° относительно оси легкого намагничивания, а в двух других соседних рядах – под углом -45° относительно оси легкого намагничивания, при этом противоположными плечами мостовой схемы являются соответственно два внешних и два внутренних ряда магниторезистивных полосок, на поверхности проводника управления расположена магнитожесткая пленка.
Известен магниторезистивный датчик, описанный в патенте РФ на полезную модель №155241 (МПК H01L 43/08, G01R 33/09, опубл. 27.09.2015 г.), содержащий соединенные в мостовую схему магниторезистивные элементы, над магниторезистивными элементами размещена планарная катушка первого типа, выполненная с возможностью формирования магнитного поля перпендикулярно оси легкого намагничивания магниторезистивных элементов, отделенная от магниторезистивных элементов первым слоем диэлектрика, над планерной катушкой первого типа размещена планарная катушка второго типа, выполненная с возможностью формирования магнитного поля вдоль оси легкого намагничивания магниторезистивных элементов, отделенная от планерной катушки первого типа вторым слоем диэлектрика, причем магниторезистивные элементы выполнены из участков магниторезистивной пленки в форме параллелограмма с острым углом 45°, имеющей ось легкой намагниченности, параллельную короткой стороне параллелограмма, соединенных между собой немагнитными металлическими перемычками, причем контактные окна к участкам магниторезистивной пленки выполнены на длинных сторонах параллелограмма таким образом, что между линями тока, протекающего между контактными окнами, и осью легкой намагниченности угол составляет 45°.
Известен магниторезистивный датчик тока по патенту РФ №2533747 (МПК G01R 33/09, H01L 43/08, опубл. 20.11.2014 г.), который содержит замкнутую мостовую измерительную схему, проводники перемагничивания и управления. Мостовая схема состоит из четырех магниторезисторов, сформированных из пленки ферромагнитного металла в виде полосок, ориентированных под углом 45° к оси легкого намагничивания ферромагнитной пленки и расположенных парами в два ряда. Проводник перемагничивания выполнен в виде плоской прямоугольной петли, а проводник управления - в виде плоской прямоугольной катушки, рабочие полоски которых перпендикулярны друг другу. Проводники расположены над парами магниторезисторов так, что векторы магнитной индукции поля, возникающего в месте расположения магниторезисторов при прохождении тока по проводникам перемагничивания и управления, направлены в противоположные стороны, причем рабочие полоски проводника управления параллельны оси легкого намагничивания ферромагнитной пленки, из которой изготовлены магниторезисторы.
Известен магниторезистивный датчик по патенту РФ №2495514 (МПК H01L 43/08, опубл. 10.10.2013 г.), который содержит замкнутую мостовую измерительную схему из четырех магниторезисторов, сформированных из пленки ферромагнитного металла, проводник перемагничивания, сформированный в виде меандра из пленки немагнитного металла, и двухслойный проводник управления, сформированный в виде плоской катушки и состоящий из слоя немагнитного металла и слоя ферромагнитного металла. Измерительная схема магниторезистивного датчика представляет собой замкнутый мост, содержащий четыре магниторезистора в виде коротких полосок ферромагнитного металла, соединенных низкорезистивными перемычками из немагнитного металла и ориентированных под углом ±45° к оси легкого намагничивания исходной пленки, и контактные площадки.
Известен магниторезистивный датчик, описанный в патенте РФ №2536317 (МПК H01L 43/12, опубл. 20.12.2014 г.), содержащий подложку с диэлектрическим слоем, на котором расположены соединенные в мостовую схему магниторезистивные элементы, над магниторезистивными элементами размещена планарная катушка первого типа, выполненная с возможностью формирования магнитного поля перпендикулярно оси легкого намагничивания магниторезистивных элементов, отделенная от магниторезистивных элементов первым слоем диэлектрика, над планарной катушкой первого типа размещена планарная катушка второго типа, выполненная с возможностью формирования магнитного поля вдоль оси легкого намагничивания магниторезистивных элементов, отделенная от планарной катушки первого типа вторым слоем диэлектрика.
Наиболее близким техническим решением является магниторезистивный датчик, описанный в патенте РФ на полезную модель №155241 (МПК H01L 43/00, G01R 33/09, опубл. 12.08.2014 г.), магниторезистивный преобразователь, содержащий выполненные на подложке и соединенные в мостовую схему магниторезистивные элементы, расположенные между двух концентраторов, в качестве подложки использован кремниевый кристалл с выполненными в нем двумя заглублениями, в которых размещены планарные концентраторы, магниточувствительный элемент размещен на поверхности кристалла в области между заглублениями, над магниточувствительным элементом размещена планарная катушка первого типа, выполненная с возможностью формирования магнитного поля вдоль оси легкого намагничивания магниторезистивных полосок, отделенная от магниточувствительного элемента первым слоем диэлектрика, над которой размещена планарная катушка второго типа, выполненная с возможностью формирования магнитного поля, перпендикулярного оси легкого намагничивания магниторезистивных полосок, отделенная от первой планарной катушки вторым слоем диэлектрика.
Проблема, на решение которой направлена полезная модель, состоит в создании преобразователя магнитного поля с высокой чувствительностью, широким динамическим диапазоном, высокой стойкостью к внешним воздействующим факторам.
Технический результат, получаемый при реализации заявляемой полезной модели, выражается в повышении чувствительности и снижении шума.
Для достижения вышеуказанного технического результата в магниторезистивном преобразователе, содержащем магниторезистивные элементы, соединенные в мостовую схему Уитстона, где над магниторезистивными элементами размещен управляющий проводник, с возможностью формирования вектора намагниченности в магниторезистивных элементах вдоль оси легкого намагничивания, между управляющим проводником и магниторезистивными элементами расположен первый слой диэлектрика, над управляющим проводником размещена планарная катушка, выполненная с возможностью формирования магнитного поля перпендикулярно оси легкого намагничивания, между управляющим проводником и планарной катушкой расположен второй слой диэлектрика, магниторезистивные элементы выполнены из участков магниторезистивной пленки в форме шестиугольников с длиной двух параллельных противоположных сторон больше длины других сторон; управляющий проводник выполнен с возможностью формирования вектора намагниченности в магниторезистивных элементах вдоль оси легкого намагничивания параллельно длинной стороне магниторезистивного элемента; контактные окна к участкам магниторезистивной пленки выполнены на двух длинных параллельных противоположных сторонах магниторезистивного элемента таким образом, что угол между осью легкого намагничивания магниторезистивного элемента и направлением протекания тока в магниторезистивном элементе составляет 45°.
В частном случае выполнения полезной модели магниторезистивные элементы выполнены из участков магниторезистивной пленки в форме полосок, длина которых больше ширины, с образованием шестиугольной формы с острыми противоположными углами, образованными более короткими сторонами.
Влияние краевых эффектов снижается за счет расположения контактных окон в магниторезистивном элементе, что повышает соотношение сигнал/шум. Острые противоположные углы снижают влияние шумов при перемагничивании магниторезистивного элемента, что приводит к увеличению чувствительности.
Полезная модель поясняется фигурой, на которой представлена схема соединения магниторезистивных элементов.
Магниторезистивный преобразователь магнитного поля содержит магниторезистивные элементы 1, соединенные в мостовую схему Уитстона. Над магниторезистивными элементами 1 размещен управляющий проводник, с возможностью формирования вектора намагниченности в магниторезистивных элементах вдоль оси легкого намагничивания. Между управляющим проводником и магниторезистивными элементами 1 расположен первый слой диэлектрика. Над управляющим проводником размещена планарная катушка, выполненная с возможностью формирования магнитного поля перпендикулярно оси легкого намагничивания. Между управляющим проводником и планарной катушкой расположен второй слой диэлектрика. Магниторезистивные элементы 1 выполнены из участков магниторезистивной пленки в форме шестиугольников с длиной двух параллельных противоположных сторон 2 и 3 больше длины других сторон 4, 5, 6, 7. Стороны 4 и 5, 6 и 7 образуют острые противоположные углы.
Управляющий проводник выполнен с возможностью формирования вектора намагниченности в магниторезистивных элементах вдоль оси легкого намагничивания параллельно длинным сторонам 2, 3 магниторезистивного элемента 1. Контактные окна 8 к участкам магниторезистивной пленки выполнены на двух длинных параллельных противоположных сторонах магниторезистивного элемента 2 и 3 таким образом, что угол между осью легкого намагничивания магниторезистивного элемента и направлением протекания тока в магниторезистивном элементе составляет 45°.
Магниторезистивный преобразователь магнитного поля может быть изготовлен с использованием технологических процессов магнетронного напыления, фотолитографии, нанесения и травления металлических и диэлектрических пленок.