專利名稱：穿隧磁阻參考單元及其磁場感測電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁場感測技術(shù)，特別涉及穿隧磁阻參考單元以及使用此穿隧磁阻參考單元的磁場感測電路。
背景技術(shù)：
由于消費(fèi)性電子產(chǎn)品像是智能手機(jī)的需求高漲，對(duì)于使用磁場感測技術(shù)電子羅盤的需求已逐漸提高?；魻杺鞲衅?Hall sensor)及異向性磁電阻器(anisotropicmagneto-resistor,AMR)傳感器,將是該等最流行的磁場傳感器，但都遭受對(duì)磁場的低靈敏度以及元件面積龐大的問題。使用穿隧磁阻(tunneling magneto-resistor, TMR)作為磁場傳感器，比起該霍爾傳感器以及ARM傳感器，將能夠受益于較高靈敏度和較小的元件面積。然而，該TMR對(duì)于磁場只能展現(xiàn)單軸向感測以及缺乏磁場反應(yīng)線性度。因此，較難應(yīng)用在電子羅盤上。作為一磁場傳感器的一典型TMR 100，如圖1A及圖1B所示。該TMR 100包括一由導(dǎo)電物質(zhì)形成的下板，作為設(shè)置在一基板90上的一下電極，一磁性穿隧接面(MagneticTunneling Junction, MTJ)裝置110設(shè)置在該下電極102上，以及一由導(dǎo)電物質(zhì)形成的上板作為一上電極106，其中該上電極106設(shè)置在該MTJ裝置110上。如該MTJ裝置的該結(jié)構(gòu)圖所示，該MTJ能夠定義出在一交叉點(diǎn)于中心處的十字線，其中該長度較長的線被稱為一長軸(majoraxis) 101以及該長度較短的線被稱為一短軸(minor axis) 103。一線被稱為一易軸(easy-axis) 180,與該長軸101共線。該MTJ裝置包括一固定層(pinnedlayer) 112,一穿隧層(tunneling layer) 115 及一自由層(free layer) 116,亦即，其中該MJT 裝置 110被夾在該下電極102及該上電極106之間。由磁性物質(zhì)構(gòu)成的該固定層112設(shè)置在該下電極102上方且有一第一固定磁矩114,與一固定方向平行。由非磁性物質(zhì)構(gòu)成的該穿隧層115設(shè)置在該固定層112上。由磁性物質(zhì)構(gòu)成的該自由層116設(shè)置在該穿隧層115上且有一第一自由磁矩118，初始與該易軸180平行。在形成該M TJ裝置(亦即，堆迭磁性薄膜及蝕刻圖案)之前或之后，在一退火過程中通過施加磁場給該M TJ裝置以設(shè)定該固定方向。在該退火過程后，由于形狀異向性，該固定方向會(huì)與所施加磁場的方向平行，且該自由磁矩會(huì)與該易軸平行。因此，該TMR的該磁場感測方向與該易軸180垂直。此外，該磁性薄膜是典型的水平極化物質(zhì)且受到一非常強(qiáng)烈去磁化場的困擾，該磁性薄膜內(nèi)平面的自由層及固定層的磁矩活動(dòng)力會(huì)受到局限。亦即，旋轉(zhuǎn)在該水平面上的該自由磁矩是容易的，但該自由磁矩幾乎不會(huì)與該磁性薄膜的平面垂直。因此，該TMR的典型架構(gòu)僅可用于一單軸向磁場傳感器。圖2A及圖2B分別顯示一互補(bǔ)穿隧磁阻(mutal supplementtunnelingmagneto-resistor,稱作MS-TMR)沿其易軸上的線的剖面圖、以及俯視圖，其中該MS-TMR有良好的磁場反應(yīng)線性度。在圖2A和圖2B中，該MS-TMR 150包括由導(dǎo)電物質(zhì)形成的一下電極102,其中該下電極102設(shè)置在一基板90上，由導(dǎo)電物質(zhì)形成的一上電極106，以及設(shè)置在該下電極102及該上電極106之間的第一和第二磁性穿隧接面(MTJ)裝置110a，110b。該第一和第二 MTJ裝置110a，IlOb有一共線，為易軸180。該第一 MTJ裝置IlOa包括一為磁性物質(zhì)的第一固定層112a設(shè)置在該下電極102上且有著一第一固定磁矩114a與一固定方向140平行，其中固定磁矩114a與該易軸180有一夾角為45度。非磁性物質(zhì)的一第一穿隧層115a設(shè)置在該第一固定層112a上。磁性物質(zhì)的一第一自由層116a設(shè)置在該第一穿隧層115a上且有一第一自由磁矩118a，初始狀態(tài)與該易軸180平行。該上電極106連接到該第一自由層116a。該第二 MTJ裝置IlOb有著如該第一 MTJ裝置IlOa相同的構(gòu)造圖案和薄膜堆迭。該第二 MTJ裝置IlOb包括磁性物質(zhì)的一第二固定層112b設(shè)置在該下電極102上且有一第二固定磁矩114b也與該相同固定方向140平行。非磁性物質(zhì)的一第二穿隧層115b設(shè)置在該第二固定層112b上。磁性物質(zhì)的一第二自由層116b設(shè)置在該第二穿隧層115b上且有一第二自由磁矩118b，初始狀態(tài)與該易軸180平行，但與該第一自由磁矩118a反平行。該上電極106連接到該自由層116b。一金屬線108通過該等第一及第二MTJ裝置110a，110b，且一設(shè)定電流可被用在該金屬線108的周圍產(chǎn)生一第一安培磁場。在此，舉例來說，該金屬線108通過該等第一及第二 MTJ裝置的上方；但該金屬線也能通過該第一及第二 MTJ裝置的下方。該第一安培磁場分別用在該第一及第二 MTJ裝置(IlOa及IlOb)上，其中分別施加至該第一及第二 MTJ裝置(IlOa及IlOb)的該安培磁場與該易軸180平行但方向相反，因此該等第一及第二自由磁矩118a，118b被設(shè)定為反平行。一磁場感測電路包括一 TMR感測單元及一 TMR參考單元。該TMR感測單元及TMR參考單元為相同結(jié)構(gòu)，如圖2A及圖2B所示。當(dāng)該磁場感測電路啟動(dòng)來感測一外部磁場，首先通過在該金屬線中施加一可調(diào)電流，而將另一安培磁場施加在該TMR參考單兀上，其中該金屬線位在該TMR參考單元中的該第一及第二 MTJ裝置的上方或下方。該安培磁場使得在該TMR參考單元中的該MTJ裝置的自由磁矩固定在該易軸上，以及該TMR參考單元等效上不會(huì)被所要感測的外部磁場影響，因此能固定住該TMR參考單元的電導(dǎo)(或電阻)值。對(duì)于操作該TMR參考單元，需要大調(diào)整電流來產(chǎn)生該磁場，且因此額外的功率消耗是無法避免的。一不需要額外功率消耗，即可操作的新穎TMR參考單元是需要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開一種用以感測磁場的一穿隧磁阻參考單元，包括:一第一 MTJ(磁性穿隧接面)裝置與一第二 MTJ裝置并聯(lián)。該第一 MTJ裝置包括:一第一固定層在一固定方向有一第一固定磁矩；及一第一自由層有一第一自由磁矩在零磁場時(shí)與該固定方向平行。該第二 MTJ裝置包括:一第二固定層在該固定方向有一第二固定磁矩；以及一第二自由層有一第二自由磁矩在零磁場時(shí)與該固定方向反平行。該第一及該第二 MTJ裝置的長軸與該感測到的外部磁場方向呈45度角。根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例，該實(shí)施例中的該TMR參考單元可做為一零磁場參考，其中該TMR參考單元的第一電導(dǎo)值對(duì)該外部磁場沒有反應(yīng)，用以建構(gòu)一磁場感測電路。該磁場感測電路，包括:該TMR參考單元；一磁場感測單元包括一第三MTJ裝置與一第四MTJ裝置并聯(lián)，其中該磁場感測單元的一第二電導(dǎo)值對(duì)該外部磁場有反應(yīng)，其中一感測電流流入對(duì)該外部磁場有反應(yīng)的該磁場感測單兀；一電流鏡輸出一第一電流及一第二電流到該TMR參考單元及該磁場感測單元，其中該第一電流與該第二電流相等；且一信號(hào)轉(zhuǎn)換放大單元與該磁場感測單元相連接，當(dāng)感測到該外部磁場時(shí)該號(hào)轉(zhuǎn)換放大單元產(chǎn)生對(duì)該磁場感測單元的電導(dǎo)變化有反應(yīng)的一轉(zhuǎn)換電流。該轉(zhuǎn)換電流等于該感測電流減去該第二電流。


圖1A所示為用在磁場傳感器的一典型TMR的剖視圖；圖1B所示為圖1A中用在磁場傳感器的一典型TMR的俯視圖；圖2A 圖2B所示為根據(jù)已公開的現(xiàn)有技術(shù)的一互補(bǔ)穿隧磁阻，稱為MS-TMR，的沿著在該易軸線上的剖視圖以及俯視圖；圖3A 圖3B為根據(jù)一已公開的實(shí)施例的一 TMR參考單元的上述圖及剖面圖；圖4A 圖4B所示為該TMR參考單元200的該電導(dǎo)(G:(任意單位))變化，用微電磁模擬對(duì)施加的該磁場沿著該X軸及該Y軸作圖；圖5A 圖5C所示為分別沿著X軸主要元件符號(hào)說明90 基板100 TMR (穿隧磁阻)101 長軸102 下電極 103 短軸106 上電極108 金屬線110(110a，110b) 磁性穿隧接面112(112a，112b) 固定層114(114a，114b) 固定磁矩115(115a，115b) 穿隧層116 (116a, 116b) 自由層118(118a，118b) 自由磁矩140 固定方向150 互補(bǔ)穿隧磁阻180 易軸200 TMR參考單元201，202 磁性穿隧接面201fm 第一自由磁矩201pm 第一固定磁矩202fm 第二自由磁矩202pm 第二固定磁矩204 上電極203 下電極205 基板
206 導(dǎo)線207 電流方向201a 第一固定層201b 第一穿隧層201c 第一自由層20如 第二固定層202b 第二穿隧層202c 第二自由層
300 磁場感測電路301 偏壓單元302 電流鏡單元303 信號(hào)轉(zhuǎn)換放大單元304，306，308 (308a, 308b) TMR 參考單元305 X軸磁場感測單元307 Y軸磁場感測單元309 Z軸磁場感測單元309a, 309b 斜面390 隆丘400 輔助線Ml 第一 MTJ裝置M2 第二 MTJ裝置M3 第三MTJ裝置M4 第四MTJ裝置M5 第五MTJ裝置M6 第六MTJ裝置M7 第七M(jìn)TJ裝置M8 第八MTJ裝置NI N8 MTJ 裝置0P1，0P2 運(yùn)算放大器R 電阻LI"導(dǎo)線V;電壓源A、B、C、D、E 節(jié)點(diǎn)Ql 第一 PMOS晶體管Q2 第二 PMOS晶體管
具體實(shí)施例方式以下將詳細(xì)討論本發(fā)明各種實(shí)施例的制造及使用方法。然而值得注意的是，本發(fā)明所提供的許多可行的發(fā)明概念可實(shí)施在各種特定范圍中。這些特定實(shí)施例僅用于舉例說明本發(fā)明的制造及使用方法，但非用于限定本發(fā)明的范圍。以下所述公開穿隧磁阻參考單元以及使用此穿隧磁阻參考單元的磁場感測電路；其中該穿隧磁阻參考單元在沒有額外偏壓電流或是磁性屏蔽的情況下能作為零磁場參考單元。根據(jù)公開的一實(shí)施例，圖3A及圖3B所示為一 TMR(穿隧磁阻)參考單元的一俯視圖及沿著易軸上A-A’及B-B’方向線段的一剖面圖。在圖3A及圖3B中，該TMR參考單元200有一第一 MTJ(磁性穿隧接面)裝置201及一第二 MTJ裝置202。一下電極203設(shè)置在一基板205上且該第一 MTJ裝置201及該第二 MTJ裝置202也設(shè)置在該基板上。一上電極204設(shè)置在該第一及第二 MTJ裝置201及202上，因此該第一 MTJ裝置201與該第二 MTJ裝置202并聯(lián)。該第一 MTJ裝置201包括由磁性物質(zhì)形成的一第一固定層201a設(shè)置在該下電極203上及具有一第一固定磁矩201pm。由非磁性物質(zhì)形成的第一穿隧層201b設(shè)置在該第一固定層201a上。由磁性物質(zhì)形成的一第一自由層201c設(shè)置在該第一穿隧層201b上且具有一第一自由磁矩201fm。該上電極204連接到該第一自由層201c。該第二 MTJ裝置202包括由磁性物質(zhì)形成的一第二固定層202a設(shè)置在該下電極203上以且具有一第二固定磁矩202pm。由非磁性物質(zhì)所形成的一第二穿隧層202b設(shè)置在該第二固定層202a上。由磁性物質(zhì)所形成的一第二自由層202c設(shè)置在該第二穿隧層202b上且有一第二自由磁矩202fm。該上電極204與該第二自由層202c相連。應(yīng)注意到該第一及第二 MTJ裝置201及202通過相同的制程同時(shí)制造出來，且該第一及第二 MTJ裝置201及202的該等長軸為平行。該第一及第二 MTJ裝置201及202的該第一及第二固定層201a及202a有著相同的磁矩方向。因此,該第一及第二固定磁矩201pm及202pm為沿著相同方向，并且沿著該長軸(線段A-A’及B-B’)。舉例來說，設(shè)定該自由層201c及202c的該等磁矩方向的方式為通過一安培場，其中該安培場是由流經(jīng)過該導(dǎo)線206的電流所產(chǎn)生，其中該導(dǎo)線206設(shè)置在該第一及第二MTJ裝置201及202的上方(或下方)。數(shù)字207表示用以設(shè)定該等自由磁矩初始方向的該導(dǎo)線206中電流的方向。如圖3A所示，在施加該安培場后，該第一自由磁矩20Ifm與該第一固定磁矩201pm反平行且該第二自由磁矩202fm與該第二固定磁矩202pm平行。當(dāng)一外部磁場施加在該TMR參考單元200的該等二個(gè)MTJ裝置，該等MTJ裝置其中之一的該電導(dǎo)(電阻)值會(huì)增加且另一個(gè)會(huì)減少。因此，該TMR參考單元200的總電導(dǎo)值不會(huì)因該外部磁場所改變，因此可當(dāng)作一零磁場參考單元。圖4A與圖4B顯不基于微電磁模擬,相對(duì)于沿X軸及Y軸所施加的磁場,該TMR參考單元200的電導(dǎo)值G (arb.unit:任意單位)變化。如圖4A及圖4B所示，當(dāng)該施加磁場在-15 +150e的范圍，該TMR參考單元200的該電導(dǎo)值實(shí)質(zhì)上是固定的，及該TMR參考單元200作為一零磁場參考單元時(shí)，比起該第一或第二 MTJ裝置(201或202)獨(dú)自工作時(shí)，有更好的效能。圖5A 圖5C所示為磁場感測電路，其中該磁場感測電路用來將沿著一 X軸，Y軸及Z軸的所感測到的磁場分別轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。在圖5A中，該磁場感測電路300包括一偏壓單元301，一電流鏡單元302，一信號(hào)轉(zhuǎn)換放大單元303，一 TMR參考單元304，及一磁場感測單元。圖5A中，該TMR參考單元304與圖3A及圖3B中所描述的該TMR參考單元200結(jié)構(gòu)相同。
在圖5A中，該磁場感測單元為一 X軸磁場感測單元305，及該TMR參考單元304的該下電極及該X軸磁場感測單元305與一節(jié)點(diǎn)C相連。該TMR參考單元304的該上電極與一節(jié)點(diǎn)D相連且該X軸磁場感測單元305的該上電極與一節(jié)點(diǎn)E相連。因此可以了解在這個(gè)例子中，該TMR參考單元304與該X軸磁場感測單元305，用來感測一外部磁場的X方向。然而如圖5B及圖5C所示，通過用該Y軸磁場感測單元307或是該Z軸磁場感測單元307取代該X軸感測單元305的方式，該磁場感測電路300也能夠檢測磁場的一 Y方向及一Z方向。該偏壓單元301包括一分壓器，一電壓減法器電路及一電壓源VM。舉例來說，在這實(shí)施例中，該分壓器包括串連四個(gè)相同的電阻器。該分壓器在節(jié)點(diǎn)A及節(jié)點(diǎn)B分別產(chǎn)生電壓Va(=VDD/2)，以及Vb (VDD/4)。該電壓減法器電路產(chǎn)生在節(jié)點(diǎn)C上的電壓\提供到該TMR參考單元304的該下電極以及該X軸磁場感測單元305。該電流鏡單元302包括一電流鏡及一箝壓電路。該電流鏡包括一第一 PMOS晶體管Ql及一第二 PMOS晶體管Q2。該第一 PMOS晶體管Ql及該第二 PMOS晶體管Q2的源極連接到該VDD上。該第一 PMOS晶體管Ql的該漏極連接到該節(jié)點(diǎn)D，該第二 PMOS晶體管Q2的該漏極連接到該節(jié)點(diǎn)E，該第一 PMOS晶體管Ql的該柵極與該第二 PMOS晶體管Q2的該柵極相連。該電流鏡的輸出電流為二相同電流I1及12。該箝壓電路包括一運(yùn)算放大器OPl，其中該操作放大器的運(yùn)作方式使得在該節(jié)點(diǎn)D上的電壓Vd與在該節(jié)點(diǎn)E上的該電壓Ve相等。該信號(hào)轉(zhuǎn)換放大單元303包括一運(yùn)算放大器0P2，其中該運(yùn)算放大器0P2的一負(fù)輸入端與該節(jié)點(diǎn)E相連,一正輸入端與該節(jié)點(diǎn)A相連，以及一電阻Rm連接在該節(jié)點(diǎn)E與該節(jié)運(yùn)算放大器0P2的該輸出端之間。該等兩個(gè)MTJ裝置在該TMR參考單元304中有反平行自由磁矩，在該X軸磁場感測單元305的該等兩個(gè)MTJ裝置也有反平行自由磁矩。因此當(dāng)沒有外部磁場時(shí)，該TMR參考單元304與該X軸磁場感測單元305有著相同的電導(dǎo)值。該電壓Vd及Ve被箝制為相等，因此該電流IJ=I2)與14(=12+13)相等，其中由于沒有外部磁場，該電流I3為零。當(dāng)一外部磁場施加在該磁場感測電路300上，該X軸磁場感測單元305的電導(dǎo)值因外部磁場而改變，然而該TMR參考單元304的電導(dǎo)值卻無改變。因此，該電流I4改變而與該電流I1不再相等。因?yàn)樵摰入娏鱅1及I2沒有改變，該電流I3導(dǎo)致該電流I4的變化。因此該I3將不是零且該I3系反應(yīng)該外部磁場。該磁場感測單元300的該輸出電壓Vott則反應(yīng)該感測到的外部磁場。在圖5A中，該X軸磁場感測單元305的該易軸180 (如圖2B所示)與該Y軸平行及該TMR參考單元304的該易軸(線段A-A’及B-B’)與該Y軸的夾角為45度。該X軸磁場感測單元305有兩個(gè)MTJ裝置NI及N2。該MTJ裝置NI有一固定磁矩與該易軸的夾角為45度角，及一自由磁矩與該易軸平行。該MTJ裝置N2有一固定磁矩,其中該固定磁矩與該易軸的夾角為45度角，且自由磁矩與該易軸平行。該TMR參考單元304有一第一 MTJ裝置Ml，一第二 MTJ裝置M2，及一導(dǎo)線LI有兩線段分別設(shè)置在第一第二 MTJ裝置Ml及M2的下方(或上方)及跨過該第一及第二 MTJ裝置Ml及M2，其中該第一及第二 MTJ裝置Ml及M2的該固定磁矩與該第一及第二 MTJ裝置Ml及M2的該易軸平行。該第一 MTJ裝置Ml的該自由磁矩與該第一 MTJ裝置Ml的該固定磁矩反平行，該第二 MTJ裝置的該自由磁矩與該第二 MTJ裝置M2的該固定磁矩平行。MTJ裝置Ml及M2的該固定磁矩分別與MTJ裝置NI及N2的該固定磁矩平行。MTJ裝置Ml及M2的該自由磁矩分別與MTJ裝置NI及N2的該自由磁矩的夾角為45度角。該導(dǎo)線LI的該兩個(gè)線段與該第一及第二 MTJ裝置Ml及M2的該自由磁矩及該固定磁矩垂直。在圖5B中，該Y軸磁場感測單元307的該易軸180 (如圖2B所示)與該X軸平行且該TMR參考單元306的該易軸(線段A-A’及B-B’)與該Y軸的夾角為45度角。該Y軸磁場感測單元307有兩個(gè)MTJ裝置M3及M4。該MTJ裝置N3的一固定磁矩與該易軸的夾角為45度，且一自由磁矩與該易軸平行。該MTJ裝置N2有一固定磁矩與該易軸的夾角為45度，及自由磁矩與該易軸平行。該TMR參考單元306有一第三裝置M3，一第四MT裝置M4，及一導(dǎo)線L2有兩線段分別設(shè)置在該第三及第四MTJ裝置M3及M4的上方(或下方)，其中該第三及第四MTJ裝置M3及M4的該固定磁矩與該第三及第四MTJ裝置M3及M4的該易軸平行。該第三MTJ裝置M3的該自由磁矩與該第三MTJ裝置M3的該固定磁矩平行，該第四MTJ裝置M4的該自由磁矩與該第四MTJ裝置M4的該固定磁矩反平行。MTJ裝置M3及M4的該固定磁矩與MTJ裝置N3及N4的該固定磁矩平行。MTJ裝置M3及M4的該自由磁矩與MTJ裝置N3及N4的該自由磁矩的夾角為45度。該導(dǎo)線L2的該兩線段與該第三及第四MTJ裝置M3及M4的該固定磁矩與該自由磁矩垂直。在圖5C中，一輔助線400如圖所示，與該X軸與該Y軸在XY平面上的夾角為45度。該Z軸磁場感測單元309的該易軸180 (如圖2B所示)與該輔助線400平行，但不限定于此。在圖5C中，該Z軸磁場感測單元309為兩個(gè)磁場傳感器的并聯(lián)，其中該磁場傳感器如圖2B示的磁場傳感器，包括MTJ裝置N5到N8。該MTJ裝置N5及N6的固定磁矩與該X軸平行，與該易軸的夾角為45度，且自由磁矩與該易軸平行。該MTJ裝置N7及N8的固定磁矩與該Y軸平行，與該易軸的夾角為45度，且自由磁矩與該易軸平行。在這實(shí)施例中，該TMR參考組308，為兩個(gè)TMR參考單元(308a，308b)的并聯(lián)，其中該等TMR參考單元(308a，308b)的并聯(lián)與圖3A中所述結(jié)構(gòu)相同。該等兩個(gè)TMR參考單元(308a，308b)分別設(shè)置在兩個(gè)斜面309a及309b上。該等兩斜面309a及309b在他們所設(shè)置該基底的該平面上有相同的角度且對(duì)一溝槽的該中軸或是該基板上的一隆丘(bulge)390翻轉(zhuǎn)對(duì)稱。該TMR參考單元308a包括兩個(gè)MTJ裝置M5及M6，及該TMR參考單元MTJ裝置M7及M8。MTJ裝置M5及M6的該固定磁矩與MTJ裝置N5及N6的該固定磁矩平行，且MTJ裝置M7及M8的該固定磁矩分別與MTJ裝置N7及N8的該固定磁矩垂直。MTJ裝置M5到M8的該自由磁矩分別與MTJ裝置N5到NS的該自由磁矩的夾角為45度。一導(dǎo)線L3有四段分別設(shè)置在該等TMR參考單元308a及308b的該MTJ裝置M5到M8的上方(或下方)，以及該等TMR參考單元308a及308b的該等MTJ裝置的該等固定磁矩與該易軸平行，以及該導(dǎo)線L3的該四個(gè)線段與該TMR參考單元308a及308b的該等MTJ裝置的該固定磁矩與該自由磁矩垂直。在施加該安培磁場后，該等MTJ裝置M5及M7的該自由磁矩與該等MTJ裝置M5及M7的該第一固定磁矩反平行，及該等MTJ裝置M6及M8的該自由磁矩與該等MTJ裝置M6及M8的該固定磁矩平行。對(duì)該已公開的該TMR參考單元(202，304，306或308)無須引入額外電流，即可有一固定電導(dǎo)(電阻)值。使用該TMR參考單元(202，304，306或308)作為該磁場感測電路的一部分能減少功率消耗，且因此該磁場感測電路適合像是便攜式的電子產(chǎn)品。雖以優(yōu)選實(shí)施例公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明的范圍，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可做些許的更動(dòng)與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附權(quán)利要求書界定范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種用于磁場感測的穿隧磁阻參考單元，包括:第一磁性穿隧接面MTJ裝置，包括: 第一固定層，具有在固定方向的第一固定磁矩；以及 第一自由層，具有在零磁場時(shí)與該固定方向平行的第一自由磁矩；以及 第二磁性穿隧接面MTJ裝置，包括: 第二固定層，具有在該固定方向的第二固定磁矩；以及 第二自由層，具有在零磁場時(shí)與該固定方向反平行的第二自由磁矩； 其中該第一及第二 MTJ裝置為并聯(lián)。
2.如權(quán)利要求1所述的用于磁場感測的穿隧磁阻參考單元，其中該第一及該第二MTJ裝置的長軸方向與所感測的外部磁場方向的夾角為45度。
3.如權(quán)利要求1所述的用于磁場感測的穿隧磁阻參考單元，其中該第一及該第二固定磁矩沿著同方向。
4.如權(quán)利要求2所述的用于磁場感測的穿隧磁阻參考單元，其中該第一及該第二固定磁矩沿著該第一及第二 MTJ裝置的所述長軸。
5.如權(quán)利要求1所述的用于磁場感測的穿隧磁阻參考單元，其中還包括導(dǎo)線，有兩線段設(shè)置在該第一及第二 MTJ裝置的上方或下方，其中該導(dǎo)線的該兩線段與該第一及第二MTJ裝置的該固定磁矩及該自由磁矩垂直。
6.一種磁場感測電路,包括: 如權(quán)利要求1所述的 一穿隧磁阻TMR參考單元，作為零磁場參考，具有第一電導(dǎo)，對(duì)外部磁場沒有反應(yīng)； 磁場感測單元，包括第三磁性穿隧接面MTJ裝置與第四磁性穿隧接面MTJ裝置并聯(lián)，具有第二電導(dǎo)對(duì)該外部磁場有反應(yīng)，其中感測電流反應(yīng)該外部磁場，而流通于該磁場感測單元中； 電流鏡，輸出第一電流及第二電流到該TMR參考單元以及該磁場感測單元，其中該第一電流與該第二電流相等；以及 信號(hào)轉(zhuǎn)換放大器單元，連接到該磁場檢測單元，當(dāng)感測該外部磁場時(shí)，產(chǎn)生反應(yīng)該磁場檢測單元的電導(dǎo)變化的轉(zhuǎn)換電流，其中該轉(zhuǎn)換電流等于該感測電流減去該第二電流。
7.如權(quán)利要求6所述的磁場感測電路，其中該磁場感測單元的易軸與該TMR參考單元的易軸呈45度角； 該第三及該第四MTJ裝置的固定磁矩與該磁場感測單元的該易軸呈45度角，以及該第三及該第四MTJ裝置的自由磁矩與該磁場感測單元的該易軸平行； 該第一 MTJ裝置及該第二 MTJ裝置的該固定磁矩與該TMR參考單元的該易軸平行，以及該第一 MTJ裝置的該自由磁矩與該第一 MTJ裝置的該固定磁矩為反平行；以及該第二MTJ裝置的該自由磁矩與該第二 MTJ裝置的該固定磁矩平行。
8.如權(quán)利要求7所述的磁場感測電路，其中該第一及該第二MTJ裝置的該固定磁矩分別與該第三及該第四MTJ裝置的該固定磁矩平行，該第一及該第二 MTJ裝置的該自由磁矩分別與該第三及該第四MTJ裝置的該自由磁矩呈45度角；以及，該感測電流的路徑與該第一及第二 MTJ裝置的該固定磁矩及該自由磁矩垂直。
9.如權(quán)利要求6所述的磁場感測電路，其中該磁場感測單元的易軸與該TMR參考單元的易軸呈45度角；該第三及第四MTJ裝置的固定磁矩與該磁場檢測單元的該易軸呈45度角及自由磁矩與該磁場檢測單元的該易軸平行； 該第一及第二 MTJ裝置的該固定磁矩與該第一及第二 MTJ裝置的該易軸平行，該第一MTJ裝置的該自由磁矩與該第一MTJ裝置的該固定磁矩平行，該第二MTJ裝置的該自由磁矩與該第二 MTJ裝置的該固定磁矩反平行。
10.如權(quán)利要求9所述的磁場感測電路，其中該第一及第二MTJ裝置的該固定磁矩分別與該第三及該第四MTJ裝置的該固定磁矩平行，該第一及該第二 MTJ裝置的該自由磁矩分別與該第三及該第四MTJ裝置的該自由磁矩呈45度角；以及 該感測電流的路徑與該第一及第二 MTJ裝置的所述固定磁矩與所述自由磁矩垂直。
11.如權(quán)利要求6所述的磁場感測電路，其中該磁場感測單元還包括第五及第六MTJ裝置與該第三及該第四MTJ裝置并聯(lián)；其中該第三到該第六MTJ裝置的固定磁矩與易軸呈45度角及自由磁矩與該易軸平行。
12.如權(quán)利要求11所述的磁場感測電路，其中該參考TMR單元還包括第七及第八MTJ裝置與所述第一及該第二 MTJ裝置并聯(lián)；其中 該第一及該第七M(jìn)TJ裝置及該第二及該第八MTJ分別裝置分別設(shè)置在兩個(gè)斜面上； 該第一，該第二，該第七，及該第八MTJ裝置的固定磁矩與該易軸呈45度角且該自由磁矩與該易軸平行； 該第一及該第七M(jìn)TJ裝置的該自由磁矩與該第一及該第七M(jìn)TJ裝置的該固定磁矩反平行； 該第二及該第八MTJ裝 置的該自由磁矩與該第一及該第七M(jìn)TJ裝置的該固定磁矩平行； 該第一及該第二 MTJ裝置的該固定磁矩與該第三及該第四MTJ裝置的該固定磁矩平行； 該第七及該第八MTJ裝置的該固定磁矩與該第五及該第六MTJ裝置的該固定磁矩垂直； 該第一，該第二，該第七，及該第八MTJ裝置分別與該第三到該第六MTJ裝置的該自由磁矩呈45度角；以及 該感測電流的路徑與該TMR參考單元上的該第一、該第二、該第七、及該第八MTJ裝置的所述固定磁矩及所述自由磁矩垂直。
全文摘要
穿隧磁阻參考單元及其磁場感測電路。該穿隧磁阻參考單元用以感測磁場，包括第一MTJ(magnetic tunneling junction，磁性穿隧接面)裝置與第二MTJ裝置并聯(lián)。該第一MTJ裝置有第一固定層，其中該第一固定層在固定方向有第一固定磁矩，及在零磁場時(shí)，第一自由層有第一自由磁矩與該固定磁矩平行。該第二MTJ裝置有第二固定層，其中該第二固定層在該固定方向有第二固定磁矩，及在一零磁場時(shí)，第二自由層有第二自由磁矩與該固定方向反平行。該第一及第二MTJ裝置的長軸與感測到的外部磁場方向的夾角為45度。
文檔編號(hào)G01R33/09GK103197265SQ20121051740
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2012年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月4日
發(fā)明者王泳弘, 黃勝煌, 沈桂弘, 郭耿銘 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院