Преобразователь магнитного поля с повышенной чувствительностью на анизотропных тонкопленочных магниторезисторах (варианты) Российский патент 2017 года по МПК H01L43/08 

Описание патента на изобретение RU2635330C1

Изобретение относится к области автоматики и магнитометрии и может быть использовано для регистрации постоянных и переменных магнитных полей.

Известны устройства для регистрации магнитного поля, представляющие собой тонкопленочные анизотропные магниторезисторы, включенные в мостовую схему (US 8884610, US 8547087 RU 2495514 С1, 10.10.2013, US 5055786 A, 08.10.1991).

Наиболее близким по конструктивным признакам заявляемому является устройство, представляющее собой магниторезисторы в виде полосок магнитного материала, на которые нанесены шунтируюшие полоски из проводящего материала под углом 45° к продольной оси полосок (RU 2533747 С1, 20.11.2014). Недостатком данного устройства является относительно невысокая чувствительность его к магнитному полю в силу того, что намагниченность на краях магнитной полоски ориентирована под углом к линиям тока значительно меньше 45°, что обусловлено геометрическим расположением шунтирующих полос, т.е. эти участки реагируют на магнитное поле слабее, чем центральные области.

Техническим результатом данного технического решения является повышение чувствительности к магнитному полю.

Указанный результат достигается тем, что форма магнитной полосы, на которой находится шунтируюшая полоска, полностью повторяет форму шунтирующей полоски. В результате распределение намагниченности в магнитном слое существенно отличается от однородного распределения в классическом магниторезисторе. В частности, в областях магнитного слоя, находящихся под шунтирующей полоской, возникают неоднородности распределения намагниченности, приводящие к изменению распределения намагниченности в областях магнитной полоски между шунтирующими полосками и, в частности, на краях магнитной полоски. В результате угол между вектором намагниченности и линиями тока становится близким к 45° на большей площади магнитной полосы. В связи с этим большая область магнитной полоски между шунтами будет эффективно реагировать на магнитное поле, что приводит к повышению чувствительности магниторезистора и преобразователя в целом. Чувствительность (S) магниторезистивного преобразователя определяется выражением

,

где ΔR - изменение сопротивления в магнитном поле,

R - сопротивление магниторезистора,

Н к - поле анизотропии.

На фиг. 1 показан график изменения сопротивления магниторезистора, полученный в результате расчета, проведенного на основе микромагнитной модели, учитывающей неоднородное распределение намагниченности, из которого видно, что для структуры с магнитным слоем, повторяющим форму шунтирующей полоски, изменение сопротивления имеет большую величину по сравнению с классической структурой, т.е. графики имеют различный наклон. В соответствии с (1) чувствительность S преобразователя с такой структурой также будет больше, чем классической.

На фиг. 2 показаны передаточные характеристики для классического магниторезистора и заявляемого с одинаковой геометрией. Характеристика 4 имеет больший наклон, что свидетельствует о большей чувствительности устройства.

На фиг. 3 показано заявляемое устройство. Магниторезистивный слой 1 выполнен в конфигурации, полностью совпадающей с конфигурацией проводящего слоя 2, и вся площадь под шунтирующими полосками заполнена магнитным материалом.

На фиг. 4 показан второй вариант заявляемого устройства. На магниторезистивный слой 1, выполненный в конфигурации, полностью совпадающей с конфигурацией проводящего слоя 2, нанесен слой диэлектрического материала 3, в котором выполнены окна по форме шунтирующих проводников, в которых, в свою очередь, выполнены шунтирующие проводники 2.

Технически устройство реализовано следующим образом. На пластину кремния, на которой предварительно был сформирован изолирующий слой, напылен слой пермаллоя (80%Ni20%Fe) толщиной 0,03 мкм, на котором методом фотолитографии сформирован рисунок в виде полосок с регулярными поперечными расширениями в форме шунтов. Затем напылялся слой алюминия, на котором также методом фотолитографии формировался рисунок проводящих элементов в виде поперечных шунтов. Изготовленное устройство имело следующие топологические размеры: ширина магнитной полоски - 10 мкм, ширина шунтирующей полоски - 6 мкм, расстояние между шунтирующими полосками - 10 мкм.

На фиг. 5 показана передаточная характеристика устройства, где для сравнения приведена характеристика классического устройства с такими же топологическими размерами. Хорошо видно, что характеристика заявляемого устройства имеет наклон, значительно превышающий наклон характеристики классического устройства, что свидетельствует о большей чувствительности заявляемого устройства. Расчет чувствительности на линейном участке характеристики дает следующие значения: для заявляемого устройства - 11,3 мВ/В/кА/м, тогда как для классического - только 4,2 мВ/В/кА/м. Таким образом, подтверждается факт увеличения чувствительности более чем в 2,5 раза.

Похожие патенты RU2635330C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ МАГНИТОРЕЗИСТИВНОЙ СТРУКТУРЫ С ШУНТИРУЮЩИМИ ПОЛОСКАМИ 2023
  • Грабов Алексей Борисович
  • Жукова Светлана Александровна
  • Обижаев Денис Юрьевич
RU2798749C1
МАГНИТОРЕЗИСТИВНЫЙ ДАТЧИК 2012
  • Ажаева Людмила Анатольевна
  • Веселов Андрей Викторович
  • Грабов Алексей Борисович
  • Касаткин Сергей Иванович
  • Сергеева Людмила Владимировна
  • Суханов Владимир Иванович
RU2495514C1
МАГНИТОРЕЗИСТИВНЫЙ ДАТЧИК 2016
  • Ажаева Людмила Анатольевна
  • Грабов Алексей Борисович
  • Суханов Владимир Иванович
  • Суханова Наталья Николаевна
RU2633010C1
МАГНИТОРЕЗИСТИВНЫЙ ДАТЧИК 2014
  • Ажаева Людмила Анатольевна
  • Грабов Алексей Борисович
  • Суханов Владимир Иванович
  • Суханова Наталья Николаевна
RU2561762C1
Магниторезистивный датчик магнитного поля 2019
  • Водеников Сергей Кронидович
  • Байтеряков Сергей Викторович
  • Лебедев Константин Валерьевич
  • Максимов Олег Тимофеевич
RU2738998C1
МАГНИТОРЕЗИСТИВНЫЙ ДАТЧИК 2001
  • Лопатин В.В.
  • Попадинец Ф.Ф.
  • Сватков А.В.
RU2185691C1
МАГНИТОРЕЗИСТИВНЫЙ ДАТЧИК ТОКА 2013
  • Ажаева Людмила Анатольевна
  • Веселов Андрей Викторович
  • Грабов Алексей Борисович
  • Сергеева Людмила Владимировна
  • Суханов Владимир Иванович
  • Суханова Наталья Николаевна
RU2533747C1
МАГНИТОРЕЗИСТИВНЫЙ ДАТЧИК 1998
  • Касаткин С.И.
  • Киселева И.Д.
  • Лопатин В.В.
  • Муравьев А.М.
  • Попадинец Ф.Ф.
  • Сватков А.В.
RU2139602C1
МАГНИТОРЕЗИСТИВНЫЙ ДАТЧИК 2005
  • Дягилев Владимир Владимирович
  • Касаткин Сергей Иванович
  • Муравьев Андрей Михайлович
  • Резнев Алексей Алексеевич
  • Сауров Александр Николаевич
  • Чаплыгин Юрий Александрович
RU2279737C1
МАГНИТОРЕЗИСТИВНЫЙ ДАТЧИК 2001
  • Лопатин В.В.
  • Попадинец Ф.Ф.
  • Сватков А.В.
RU2186440C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 635 330 C1

Реферат патента 2017 года Преобразователь магнитного поля с повышенной чувствительностью на анизотропных тонкопленочных магниторезисторах (варианты)

Использование: для регистрации постоянных и переменных магнитных полей. Сущность изобретения заключается в том, что преобразователь магнитного поля состоит из четырех магниторезисторов, выполненных на подложке с окисленным слоем в виде тонкопленочных магнитных полосок с шунтирующими полосками из проводящего материала под углом 45° к продольной оси магниторезисторов, включенных в мостовую схему с помощью тонкопленочных проводников, причем магниторезисторы в местах расположения на них шунтирующих полосок имеют форму, полностью повторяющую форму шунтирующей полоски. Технический результат: обеспечение возможности повышения чувствительности к магнитному полю. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

Формула изобретения RU 2 635 330 C1

1. Преобразователь магнитного поля, состоящий из четырех магниторезисторов, выполненных на подложке с окисленным слоем в виде тонкопленочных магнитных полосок с шунтирующими полосками из проводящего материала под углом 45° к продольной оси магниторезисторов, включенных в мостовую схему с помощью тонкопленочных проводников, отличающийся тем, что магниторезисторы в местах расположения на них шунтирующих полосок имеют форму, полностью повторяющую форму шунтирующей полоски.

2. Преобразователь магнитного поля, состоящий из четырех магниторезисторов, выполненных на подложке с окисленным слоем в виде тонкопленочных магнитных полосок с шунтирующими полосками из проводящего материала под углом 45° к продольной оси магниторезисторов, включенных в мостовую схему с помощью тонкопленочных проводников, отличающийся тем, что на магниторезисторы нанесен изолирующий слой, в котором выполнены окна по форме шунтирующей полоски, на который нанесен слой проводящего материала, из которого в свою очередь выполнены шунтирующие полоски, размещаемые в окнах изолирующего слоя.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2017 года RU2635330C1

US 20050270020 A1, 08.12.2005
US 4847584 A1, 11.07.1989
US 8981773 B2, 17.03.2015
МАГНИТОРЕЗИСТИВНЫЙ ДАТЧИК ТОКА 2013
  • Ажаева Людмила Анатольевна
  • Веселов Андрей Викторович
  • Грабов Алексей Борисович
  • Сергеева Людмила Владимировна
  • Суханов Владимир Иванович
  • Суханова Наталья Николаевна
RU2533747C1
МАГНИТОРЕЗИСТИВНЫЙ ДАТЧИК 2007
  • Гусев Валентин Константинович
  • Негин Алексей Викторович
RU2347302C1

RU 2 635 330 C1

Авторы

Дюжев Николай Алексеевич

Юров Алексей Сергеевич

Мазуркин Никитва Сергеевич

Преображенский Роман Юрьевич

Чиненков Максим Юрьевич

Даты

2017-11-10Публикация

2016-06-07Подача