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原文传递一种基于磁阻元件的氢气传感器

专利名称：	一种基于磁阻元件的氢气传感器
摘要：	本实用新型公开了一种基于磁阻元件的氢气传感器，包括位于X‑Y平面上的衬底；位于所述衬底上的磁电阻传感单元和磁电阻参考单元，磁电阻传感单元电连接成传感臂，磁电阻参考单元电连接成参考臂；传感臂与参考臂电连接成参考桥式结构；磁电阻传感单元与磁电阻参考单元是具有相同磁多层薄膜结构的AMR单元或是具有相同磁多层薄膜结构的GMR自旋阀或GMR多层膜堆栈。磁多层薄膜结构通过半导体微加工工艺制成带状蛇形电路，磁电阻参考单元上覆盖一层钝化绝缘层。本实用新型有很好的温度补偿和高灵敏度，并具有尺寸小、功耗低、探测氢气浓度范围广等优点。
专利类型：	实用新型
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	江苏多维科技有限公司
发明人：	詹姆斯·G·迪克;刘宣作
专利状态：	有效
申请日期：	2018-11-19T00:00:00+0800
发布日期：	2019-09-17T00:00:00+0800
申请号：	CN201821903590.9
公开号：	CN209400462U
代理机构：	北京品源专利代理有限公司
代理人：	孟金喆
分类号：	G01N27/12(2006.01);G;G01;G01N;G01N27
申请人地址：	215634 江苏省苏州市张家港市保税区广东路7号E栋
主权项：	1.一种基于磁阻元件的氢气传感器，其特征在于，包括：位于X-Y平面上的衬底；位于衬底上的磁电阻传感单元和磁电阻参考单元，所述磁电阻传感单元电连接成传感臂，所述磁电阻参考单元电连接成参考臂，所述传感臂与所述参考臂电连接成参考桥式结构；其中，所述述磁电阻传感单元与所述磁电阻参考单元同为具有相同磁多层薄膜结构的AMR单元或具有相同磁多层薄膜结构的GMR单元；所述磁电阻传感单元与所述磁电阻参考单元的上分别覆盖Pd层，在覆盖在所述磁电阻参考单元的Pd层的上方再覆盖一层钝化绝缘层；所述磁多层薄膜结构通过半导体微加工工艺制成带状蛇形电路，所述带状蛇形电路的平行线段沿X方向，所述带状蛇形电路的拐角沿Y方向，并且相邻所述带状蛇形电路的平行线段之间形成有间隙，所述间隙的长轴沿X方向，所述间隙的短轴沿Y方向；所述半导体微加工工艺包括光刻蚀技术和离子刻蚀技术；其中，所述磁电阻传感单元上覆盖的Pd层吸收氢气后改变磁电阻传感单元中铁磁层的磁各向异性；所述钝化绝缘层隔离氢气避免磁电阻参考单元中铁磁层的磁各向异性的变化；根据参考桥式结构吸收氢气前后的输出电压值的变化检测氢气浓度。 2.根据权利要求1所述的基于磁阻元件的氢气传感器，其特征在于，所述AMR单元的磁多层薄膜结构自下而上包括：种子层、复合中间层；其中，所述复合中间层为[PMA界面层/铁磁层]n，n属于自然数。 3.根据权利要求1所述的基于磁阻元件的氢气传感器，其特征在于，所述GMR单元为GMR自旋阀结构时，所述磁多层薄膜结构自下而上包括：种子层、反铁磁层、PMA铁磁层、缓冲层、Cu间隔层、缓冲层、铁磁层、复合中间层、Pd层；或者自下而上包括：种子层、PMA界面层、PMA铁磁层、缓冲层、Cu间隔层、缓冲层、铁磁层、复合中间层；其中，所述复合中间层为[PMA界面层/铁磁层]m，m属于自然数；或所述GMR单元为具有层间反铁磁耦合的GMR多层膜堆栈时，所述磁多层薄膜结构自下而上包括：种子层、多膜中间层；其中，所述多膜中间层为[铁磁层/ 非磁性中间层/铁磁层]p，p属于自然数。 4.根据权利要求2或3所述的基于磁阻元件的氢气传感器，其特征在于，所述铁磁层的易轴垂直于X-Y平面，所述铁磁层的磁矩在X-Z平面内向相邻Pd层偏转的角度范围在10°至80°之间，所述铁磁层为磁致伸缩材料，所述磁致伸缩材料为铁、钴、或镍单元素中的任意一种，或者所述磁致伸缩材料为钴铁、镍铁、钴铂、钴钯、钴铁硼或镍铁钴合金中的任意一种，所述种子层的材料为钽、钨中的任意一种，所述PMA界面层的材料为氧化镁、钯或铂中的任意一种。 5.根据权利要求1所述的基于磁阻元件的氢气传感器，其特征在于，在所述衬底下方设置块状永磁体，所述块状永磁体产生沿Z轴正方向的磁场；或者，在所述衬底与所述桥式结构之间有薄膜永磁体，所述薄膜永磁体产生沿Z轴正方向的磁场；或者，在所述带状蛇形电路上方或下方有长条状永磁体阵列，所述长条状永磁体阵列包括多个长条状永磁体，所述长条状永磁体介于所述带状蛇形电路的平行线段之间的间隙处，并产生沿Y轴正方向的磁场。 6.根据权利要求1所述的基于磁阻元件的氢气传感器，其特征在于，所述参考桥式结构包括半桥结构、全桥结构或准桥结构。 7.根据权利要求1所述的基于磁阻元件的氢气传感器，其特征在于，所述衬底的材料为硅、氧化硅或康宁玻璃中的任意一种，所述钝化绝缘层的材料为光刻胶、氧化铝或氮化硅中的任意一种。 8.根据权利要求3所述的基于磁阻元件的氢气传感器，其特征在于，所述PMA铁磁层的材料为钴或钴铁硼中的任意一种，所述缓冲层的材料为钽或钌的任意一种，所述非磁性中间层的材料为铜、钌、钯、铬、金或银中的任意一种。
所属类别：	实用新型