CN114509593A - 电流传感器、电子设备和检测装置 - Google Patents
电流传感器、电子设备和检测装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114509593A CN114509593A CN202111681559.1A CN202111681559A CN114509593A CN 114509593 A CN114509593 A CN 114509593A CN 202111681559 A CN202111681559 A CN 202111681559A CN 114509593 A CN114509593 A CN 114509593A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- detection
- current sensor
- magnetoresistive
- sensing
- current
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 161
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 131
- 230000015654 memory Effects 0.000 claims abstract description 47
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims abstract description 39
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 claims abstract description 20
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 32
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 17
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 3
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 claims description 3
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 5
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 5
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 4
- 230000005381 magnetic domain Effects 0.000 description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 230000005290 antiferromagnetic effect Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 2
- RZVAJINKPMORJF-UHFFFAOYSA-N Acetaminophen Chemical compound CC(=O)NC1=CC=C(O)C=C1 RZVAJINKPMORJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 230000008094 contradictory effect Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000005297 pyrex Substances 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005549 size reduction Methods 0.000 description 1
- 238000007514 turning Methods 0.000 description 1
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Hall/Mr Elements (AREA)
Abstract
本发明公开一种电流传感器、电子设备和检测装置，电流传感器包括检测线路和传感组件，传感组件包括形成于芯片上的多个磁阻存储单元，各磁阻存储单元的钉扎层的磁化方向沿其厚度方向设置，多个磁阻存储单元中的至少两个磁阻存储单元连接形成半桥电路，检测线路包括第一检测段和第二检测段，通过设置分别绕设于两个磁阻存储单元周侧的第一检测段和第二检测段，产生两个磁场方向相反、且平行于钉扎层磁化方向的第一感应磁场和第二感应磁场，使得两个磁阻存储单元的阻值发生变化，以解决在传感器的电阻单元是具有垂直磁各向异性的磁隧道结时，现有的电流传感器的检测电路不能通过该类电阻电源进行检测的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电子领域，尤其涉及电流传感器、电子设备和检测装置。
背景技术
在内置电流传感器BICS中，待测电流在传感器上产生的磁场大小与电流导线的厚度、宽度和电流导线与传感器的距离有关。一般来说，电流导线宽度越小、与传感器的距离越近，产生的磁场就越大，而且为了产生均匀的待测磁场，需要电阻单元的宽度小于电流线宽度。而在磁阻传感器中，考虑到需要降低噪声水平、优化线性度等因素，其电阻单元常采用多个隧道结或自旋阀串并联而成，使得电流导线的设计变得复杂。在上述内置电流传感器中，磁阻传感器的感应方向在其平面内。为了进一步增大感应灵敏度，需要设计相应的环形电流导线或磁通聚集器结构等，也会使得微纳加工难度提高。
此外，随着人们对存储密度和可靠性要求的提高，磁随机存储器正逐渐转向使用具有垂直磁各向异性(Perpendicular Magnetic Anisotropy，PMA)的MTJ。在这类MTJ中，自由层的磁矩取向为垂直于薄膜平面。此时若继续用MTJ检测电路，上述只能产生面内磁场的电流导线结构就不再适用了。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种电流传感器、电子设备和检测装置，旨在解决在传感器的电阻单元是具有垂直磁各向异性的磁隧道结时，现有的电流传感器的检测电路不能通过该类电阻电源进行检测的问题。
为实现上述目的，本发明提出的一种电流传感器，其中所述电流传感器包括：
检测线路，用于与芯片的待检测的电路导通；以及，
传感组件，所述传感组件包括形成于所述芯片上的多个磁阻存储单元，各磁阻存储单元的钉扎层的磁化方向沿其厚度方向设置，多个所述磁阻存储单元中的至少两个磁阻存储单元连接形成半桥电路；
其中，所述检测线路包括第一检测线路，所述第一检测线路包括分别绕设于两个所述磁阻存储单元周侧的第一检测段和第二检测段，所述第一检测段产生第一感应磁场，所述第二检测段产生第二感应磁场，流经所述第一检测段和流经所述第二检测段的电流的螺旋方向呈反向设置，以使得所述第一感应磁场与所述第二感应磁场相反。
可选地，所述第一检测段与所述第二检测段串联设置，所述检测线路还包括连通所述第一检测段与所述第二检测段的连接段，所述第一检测段和所述第二检测段分设于所述连接段的两侧。
可选地，所述传感组件包括四个磁阻存储单元，四个所述磁阻存储单元连接形成全桥电路；
所述检测线路包括两个所述第一检测线路，以具有绕设于四个所述磁阻存储单元周侧的两个第一检测段和两个第二检测段，两个所述第一检测段产生两个第一感应磁场，两个所述第二检测段产生两个第二感应磁场，流经两个所述第一检测段与流经两个所述第二检测段的电流的螺旋方向呈反向设置，以使得两个所述第一感应磁场与两个所述第二感应磁场相反。
可选地，两个所述第一检测段与两个所述第二检测段串联设置，所述检测线路还包括连通两个所述第一检测段与两个所述第二检测段的连接段，两个所述第一检测段设于所述连接段的一侧，两个所述第二检测段设于所述连接段的另一侧。
可选地，各所述磁阻存储单元包括相串联的多个磁隧道结。
可选地，各所述磁阻存储单元包括相并联的多个磁隧道结。
可选地，各所述磁阻的顶电极与所述检测线路通过光刻和蒸镀制备。
可选地，所述磁隧道结的顶电极与所述检测线路设置于同一平面。
本发明还提供一种电子设备，所述电子设备包括上述的电流传感器，所述电流传感器包括：
检测线路，用于与芯片的待检测的电路导通；以及，
传感组件，所述传感组件包括形成于所述芯片上的多个磁阻存储单元，各磁阻存储单元的钉扎层的磁化方向沿其厚度方向设置，多个所述磁阻存储单元中的至少两个磁阻存储单元连接形成半桥电路；
其中，所述检测线路包括第一检测线路，所述第一检测线路包括分别绕设于两个所述磁阻存储单元周侧的第一检测段和第二检测段，所述第一检测段产生第一感应磁场，所述第二检测段产生第二感应磁场，流经所述第一检测段和流经所述第二检测段的电流的螺旋方向呈反向设置，以使得所述第一感应磁场与所述第二感应磁场相反。
本发明还提供一种检测装置，所述检测装置包括上述的电流传感器，所述电流传感器包括：
检测线路，用于与芯片的待检测的电路导通；以及，
传感组件，所述传感组件包括形成于所述芯片上的多个磁阻存储单元，各磁阻存储单元的钉扎层的磁化方向沿其厚度方向设置，多个所述磁阻存储单元中的至少两个磁阻存储单元连接形成半桥电路；
其中，所述检测线路包括第一检测线路，所述第一检测线路包括分别绕设于两个所述磁阻存储单元周侧的第一检测段和第二检测段，所述第一检测段产生第一感应磁场，所述第二检测段产生第二感应磁场，流经所述第一检测段和流经所述第二检测段的电流的螺旋方向呈反向设置，以使得所述第一感应磁场与所述第二感应磁场相反。
本发明提供的技术方案中，电流传感器包括用于与芯片的待检测的电路导通的检测线路、以及用于测量所述待检测电路电流的传感组件，所述传感组件包括形成于所述芯片上的多个磁阻存储单元，各磁阻存储单元的钉扎层的磁化方向沿其厚度方向设置，多个所述磁阻存储单元中的至少两个磁阻存储单元连接形成半桥电路，其中，所述检测线路包括第一检测线路，所述第一检测线路包括第一检测段和第二检测段，通过设置分别绕设于两个所述磁阻存储单元周侧的第一检测段和第二检测段，在所述第一检测段产生第一感应磁场，在所述第二检测段产生第二感应磁场，流经所述第一检测段和流经所述第二检测段的电流的螺旋方向呈反向设置，根据右手定则，在两个所述磁阻存储单元的厚度方向上会分别产生方向相反的两个感应磁场，两个感应磁场平行于钉扎层磁化方向，且对两个所述磁阻存储单元的自由层的磁场作用，使得两个所述磁阻存储单元的阻值发生变化，可以实现在磁阻存储单元的钉扎层的磁化方向沿其厚度方向设置的时候，可以利用原有的检测电路进行电流检测，以解决在传感器的电阻单元是具有垂直磁各向异性的磁隧道结时，现有的电流传感器的检测电路不能通过该类电阻电源进行检测的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为现有磁阻传感器的原理示意图；
图2为磁阻传感器的惠斯通电桥结构示意图；
图3为磁隧道结基本结构及磁性层磁化方向示意图；
图4为本发明提供的电流传感器一实施例的立体示意图；
图5为本发明提供的电流传感器另一实施例的立体示意图；
图6为图4中的磁阻存储单元上的电流导线结构一实施例示意图；
图7为图4中的磁阻存储单元上的电流导线结构另一实施例示意图。
附图标号说明：
| 标号 | 名称 | 标号 | 名称 |
| 100 | 电流传感器 | 112 | 第二检测段 |
| 1 | 检测线路 | 2 | 传感组件 |
| 11 | 第一检测线路 | 21 | 磁阻存储单元 |
| 111 | 第一检测段 |
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
电流检测是芯片可靠性测试中非常重要的环节，例如IDDQ静态电流测试通过检测静态漏电流或其变化量是否有较明显变化来判定电路中是否有桥接、开短路等物理缺陷；IDDT瞬态电流测试通过观察被测电路所吸取的瞬间动态电流来检测故障的方法，可以检测出电压测试和IDDQ测试不能检测的电路故障，如冗余故障、时延故障等。电流检测有片内和片外两种方式。片内测试使用内建自测技术(Built-In-Self-Test，BIST)，在被测电路(Circuit Under Test，CUT)和电源之间集成内置电流传感器(Built-In-Current-Sensor,，BICS)，对流过被测电路的电流进行处理分析，便能得出被测电路的缺陷信息。片外测试则是将相应的电流检测模板放在CUT旁进行测试。但是片外测试的速度低、分辨率低，测试设备的延迟和探头的尺寸也会影响测试效果，因此片内测试是更高效、可靠的方法。
在各类内置电流传感器BICS中，基于巨磁阻(Giant Magnetoresistance，GMR)或隧穿磁阻效应(Tunneling Magnetoresistance，TMR)的电流传感器得益于高灵敏度、小体积、低功耗和兼容互补金属氧化物半导体(Complementary Metal-Oxide-SemiconductorTransistor，CMOS)技术等优点，极具应用价值。这类磁阻传感器通过测量电流产生的磁场来检测电流大小。特别是在非易失性磁随机存储器(Magnetic Random Access Memory，MRAM)的应用中，磁隧道结(Magnetic Tunnel Junction，MTJ)既是存储单元，用来存储“0”或“1”的信息，又可以作为电流传感单元实现电流检测。
请参阅图1，因磁阻传感器的核心结构是两个铁磁层和一个间隔层构成的“三明治”结构，其中一个铁磁层称为自由层，其磁矩方向可在外磁场作用下自由转动；另一个铁磁层称为参考层(钉扎层)，其磁矩方向一般被相邻的反铁磁层或合成反铁磁结构钉扎住，在一定磁场范围内保持不动。在TMR传感器中，间隔层是由MgO或Al2O3等构成的绝缘隧穿层，其基本单元称为磁隧道结。在GMR传感器中，间隔层使用Cu、Ag等重金属材料，其基本单元称为自旋阀(Spin Valve，SV)。如图所示的箭头分别代表被钉扎层和自由层的磁矩方向。被钉扎层的磁矩在一定大小的磁场作用下是相对固定的，自由层的磁矩相对于被钉扎层的磁矩是相对自由且可旋转的，随外场的变化而发生翻转。因钉扎层磁畴的方向比较难以改变，而自由层一般自由层的矫顽力较小，在外加磁场的作用下容易发生方向翻转。整个结构的电阻值随着自由层与参考层磁化方向夹角的变化而变化。若两层磁化方向互相平行，则在一个磁性层中，多数自旋子带的电子将进入另一磁性层中多数自旋子带的空态，少数自旋子带的电子也将进入另一磁性层中少数自旋子带的空态，总的隧穿电流较大；若两磁性层的磁化方向反平行，情况则刚好相反，即在一个磁性层中，多数自旋子带的电子将进入另一磁性层中少数自旋子带的空态,而少数自旋子带的电子也将进入另一磁性层中多数自旋子带的空态,这种状态的隧穿电流比较小。因此,隧穿电导随着两铁磁层磁化方向的改变而变化，磁化矢量平行时的电导高于反平行时的电导。当钉扎层的磁畴方向以外磁场方向一致时，由于自由层的磁畴方向以外磁场一致，此时电流从钉扎层通过氧化层再到自由层的隧道电流最大，此时形成低阻态；当钉扎层的磁畴方向以外磁场方向不一致时，钉扎层的磁畴方向与自由层的磁畴方向相反，此时电流通过就很难通过自由层，展现出很大的隧道磁电阻，此时形成高阻态。通过施加外磁场可以改变两铁磁层的磁化方向，从而使得隧穿电阻发生变化，导致TMR效应的出现。
为了提高温度稳定性，常将磁阻传感器设计成惠斯通电桥结构，如图2所示，电流导线与传感器之间相隔一定厚度的绝缘层，待测电流通过“U”型或“S”型导线，流过电阻单元的表面，在相邻的电阻单元上产生相反方向的磁场，构成惠斯通全桥式(FullWheatstone Bridge)传感器。例如，根据“右手定则”，电阻R1和R2检测的磁场方向是相反的。电桥中，每个电阻单元可以是一个隧道结或自旋阀，也可以是多个隧道结或自旋阀通过串并联形成的阵列。
在上述内置电流传感器BICS中，待测电流在传感器上产生的磁场大小与电流导线的厚度、宽度和电流导线与传感器的距离有关。一般来说，电流导线宽度越小、与传感器的距离越近，产生的磁场就越大，而且为了产生均匀的待测磁场，需要电阻单元的宽度小于电流线宽度。而在磁阻传感器中，考虑到需要降低噪声水平、优化线性度等因素，其电阻单元常采用多个隧道结或自旋阀串并联而成，使得电流导线的设计变得复杂。在上述内置电流传感器中，磁阻传感器的感应方向在其平面内。为了进一步增大感应灵敏度，需要设计相应的环形电流导线或磁通聚集器结构等，也会使得微纳加工难度提高。
随着人们对存储密度和可靠性要求的提高，磁随机存储器正逐渐转向使用具有垂直磁各向异性(Perpendicular Magnetic Anisotropy，PMA)的MTJ。请参阅图3，在这类MTJ中，钉扎层与自由层的磁矩取向为垂直于薄膜平面。此时若继续用MTJ检测电流，上述只能产生面内磁场的电流导线结构就不再适用了。
为了解决上述问题，本发明提供一种电流传感器100，图4至图7为本发明提供的电流传感器100的具体实施例。
请参阅图4，所述电流传感器100包括检测线路1和传感组件2，所述检测线路1用于与芯片的待检测的电路导通；所述传感组件2包括形成于所述芯片上的多个磁阻存储单元21，各磁阻存储单元21的钉扎层的磁化方向沿其厚度方向设置，多个所述磁阻存储单元21中的至少两个磁阻存储单元21连接形成半桥电路；其中，所述检测线路1包括第一检测线路11，所述第一检测线路11包括分别绕设于两个所述磁阻存储单元21周侧的第一检测段111和第二检测段112，所述第一检测段111产生第一感应磁场，所述第二检测段112产生第二感应磁场，流经所述第一检测段111和流经所述第二检测段112的电流的螺旋方向呈反向设置，以使得所述第一感应磁场与所述第二感应磁场相反。
本发明提供的技术方案中，电流传感器100包括用于与芯片的待检测的电路导通的检测线路1、以及用于测量所述待检测电路电流的传感组件2，所述传感组件2包括形成于所述芯片上的多个磁阻存储单元21，各磁阻存储单元21的钉扎层的磁化方向沿其厚度方向设置，多个所述磁阻存储单元21中的至少两个磁阻存储单元21连接形成半桥电路，其中，所述检测线路1包括第一检测线路11，所述第一检测线路11包括第一检测段111和第二检测段112，通过设置分别绕设于两个所述磁阻存储单元21周侧的第一检测段111和第二检测段112，在所述第一检测段111产生第一感应磁场，在所述第二检测段112产生第二感应磁场，流经所述第一检测段111和流经所述第二检测段112的电流的螺旋方向呈反向设置，根据右手定则，在两个所述磁阻存储单元21的厚度方向上会分别产生方向相反的两个感应磁场，两个感应磁场的磁场方向平行于钉扎层磁化方向，且对两个所述磁阻存储单元21的自由层的磁场作用，使得两个所述磁阻存储单元21的阻值发生变化，可以实现在磁阻存储单元21的钉扎层的磁化方向沿其厚度方向设置的时候，可以利用原有的检测电路进行电流检测，以解决在传感器的电阻单元是具有垂直磁各向异性的磁隧道结时，现有的电流传感器100的检测电路不能通过该类电阻电源进行检测的问题。
具体地，为了简化线路的布线，请参阅图4，在本实施例中，所述第一检测段111与所述第二检测段112串联设置，而串联设置的线路的电流流向方向在所述第一检测段111与所述第二检测段112上的方向一致，为了使所述第一检测段111与所述第二检测段112的电流螺旋方向反向，所述检测线路1还包括连通所述第一检测段111与所述第二检测段112的连接段，所述第一检测段111和所述第二检测段112分设于所述连接段的两侧，根据右手定则，这样使得电流经过所述第一检测段111与所述第二检测段112时，产生的磁场方向相反，从而使得两个磁阻存储单元21一个呈现高阻态，另一个呈现低阻态，可以产生TMR效应。
进一步，为了提升所述电流传感器100的精度和灵敏度，在另一实施例中，所述传感组件2包括四个磁阻存储单元21，四个所述磁阻存储单元21连接形成全桥电路，因利用惠斯通全桥电路中的两个相邻的电阻的钉扎层的方向呈反向设置，并且全桥结构可以看成是两个半桥结构，所述检测线路1包括两个所述第一检测线路11，以具有分别绕设于四个所述磁阻存储单元21周侧的两个第一检测段111和两个第二检测段112，两个所述第一检测段111产生两个第一感应磁场，两个所述第二检测段112产生两个第二感应磁场，流经两个所述第一检测段111与流经两个所述第二检测段112的电流的螺旋方向呈反向设置，以使得两个所述第一感应磁场与两个所述第二感应磁场相反，这样使得每相邻的两个检测段产生的感应磁场的方向相反，使得四个所述磁阻存储单元21形成两个高阻态和两个低阻态电阻。
具体地，同样的为了简化线路的布线，请参阅图5，在本实施例中，两个所述第一检测段111与两个所述第二检测段112串联设置，同样的为了使流经两个所述第一检测段111与两个所述第二检测段112的电流螺旋方向反向，所述检测线路1还包括连通两个所述第一检测段111与两个所述第二检测段112的连接段，两个所述第一检测段111设于所述连接段的一侧，两个所述第二检测段112设于所述连接段的另一侧，根据右手定则，以使得流经每相邻的两个检测段的电流都呈反向设置。
进一步，各所述磁阻存储单元21可以是一个磁隧道结形成的磁阻，也可以是多个磁隧道结形成的磁阻，在本实施例中，请参阅图6和图7，各所述磁阻存储单元21包括相串联的多个磁隧道结，当然也可以是相并联的多个磁隧道结，可以根据量程，精准度或是布线等需求来选择串联或是并联。进一步地，随着磁隧道结的尺寸微缩，环形电流线的半径以及其与磁隧道结的距离也可进一步缩小，待测电流所产生的磁场也将进一步增大，提升了电流传感器100的灵敏度，实现小至微安培甚至纳安培的电流检测
具体地，在本实施例中，各所述磁阻的顶电极与所述检测线路1通过光刻和蒸镀制备。因底电极层(Bottom Conducting Layer)和顶电极层(Top Conducting Layer)直接与相关的反铁磁层和自由层电接触。电极层通常采用非磁性导电材料，能够携带电流输入欧姆计，欧姆计适用于已知的穿过整个隧道结的电流，并对电流(或电压)进行测量。通常情况下，隧道势垒层提供了器件的大多数电阻，约为1000欧姆，而所有导体的阻值约为10欧姆。底电极层位于绝缘基片(Insulating Layer)上方，绝缘基片要比底电极层要宽，且位于其他材料构成的底基片(Body Substrate)的上方。底基片的材料通常是硅、石英、耐热玻璃、GaAs、AlTiC或者是能够于晶圆集成的任何其他材料。硅由于其易于加工为集成电路成为最好的选择。
具体地，所述磁隧道结的顶电极与所述检测线路1设置于同一平面，因此在微纳加工时，可以不使用绝缘层，直接将电流导线与隧道结的顶电极集成在版图的同一层，简化了工艺步骤，同时减小了电流导线与待测单元的间距，传感单元上的待测磁场相对于现有方案得到提升。
本发明还提供一种电子设备，该电子设备包括所述电流传感器100，该电流传感器100的具体结构参照上述实施例，由于本电子设备采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述所有实施例的全部技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
除了用作芯片内置电流传感器100来检测微弱电流，还可以通过调节电流导线的宽度、半径、与传感单元的距离等参数，实现大电流检测，用作电网或新能源汽车电池电流的检测等。
本发明还提供一种检测装置，该检测装置包括所述电流传感器100，该电流传感器100的具体结构参照上述实施例，由于本检测装置采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述所有实施例的全部技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种电流传感器，其特征在于，包括：
检测线路，用于与芯片的待检测的电路导通；以及，
传感组件，所述传感组件包括形成于所述芯片上的多个磁阻存储单元，各磁阻存储单元的钉扎层的磁化方向沿其厚度方向设置，多个所述磁阻存储单元中的至少两个磁阻存储单元连接形成半桥电路；
其中，所述检测线路包括第一检测线路，所述第一检测线路包括分别绕设于两个所述磁阻存储单元周侧的第一检测段和第二检测段，所述第一检测段产生第一感应磁场，所述第二检测段产生第二感应磁场，流经所述第一检测段和流经所述第二检测段的电流的螺旋方向呈反向设置，以使得所述第一感应磁场与所述第二感应磁场相反。
2.如权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，所述第一检测段与所述第二检测段串联设置，所述检测线路还包括连通所述第一检测段与所述第二检测段的连接段，所述第一检测段和所述第二检测段分设于所述连接段的两侧。
3.如权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，所述传感组件包括四个磁阻存储单元，四个所述磁阻存储单元连接形成全桥电路；
所述检测线路包括两个所述第一检测线路，以具有分别绕设于四个所述磁阻存储单元周侧的两个第一检测段和两个第二检测段，两个所述第一检测段产生两个第一感应磁场，两个所述第二检测段产生两个第二感应磁场，流经两个所述第一检测段与流经两个所述第二检测段的电流的螺旋方向呈反向设置，以使得两个所述第一感应磁场与两个所述第二感应磁场相反。
4.如权利要求3所述的电流传感器，其特征在于，两个所述第一检测段与两个所述第二检测段串联设置，所述检测线路还包括连通两个所述第一检测段与两个所述第二检测段的连接段，两个所述第一检测段设于所述连接段的一侧，两个所述第二检测段设于所述连接段的另一侧。
5.如权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，各所述磁阻存储单元包括相串联的多个磁隧道结。
6.如权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，各所述磁阻存储单元包括相并联的多个磁隧道结。
7.如权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，各所述磁阻的顶电极与所述检测线路通过光刻和蒸镀制备。
8.如权利要求7所述的电流传感器，其特征在于，所述磁隧道结的顶电极与所述检测线路设置于同一平面。
9.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1至8中任意一项所述的电流传感器。
10.一种检测装置，其特征在于，包括如权利要求1至8中任意一项所述的电流传感器。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111681559.1A CN114509593A (zh) | 2021-12-31 | 2021-12-31 | 电流传感器、电子设备和检测装置 |
| PCT/CN2022/136364 WO2023124784A1 (zh) | 2021-12-31 | 2022-12-02 | 电流传感器、电子设备和检测装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111681559.1A CN114509593A (zh) | 2021-12-31 | 2021-12-31 | 电流传感器、电子设备和检测装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114509593A true CN114509593A (zh) | 2022-05-17 |
Family
ID=81548279
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111681559.1A Pending CN114509593A (zh) | 2021-12-31 | 2021-12-31 | 电流传感器、电子设备和检测装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114509593A (zh) |
| WO (1) | WO2023124784A1 (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023124784A1 (zh) * | 2021-12-31 | 2023-07-06 | 歌尔微电子股份有限公司 | 电流传感器、电子设备和检测装置 |
| CN116953336A (zh) * | 2023-09-21 | 2023-10-27 | 北京智芯微电子科技有限公司 | 电流传感器芯片、制作方法和电路 |
| CN117405958A (zh) * | 2023-12-14 | 2024-01-16 | 江苏多维科技有限公司 | 电流传感器 |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5049809A (en) * | 1987-04-09 | 1991-09-17 | Fujitsu Limited | Sensing device utilizing magneto electric transducers |
| JP2005249678A (ja) * | 2004-03-05 | 2005-09-15 | Uchihashi Estec Co Ltd | 電線の導体欠陥検知用センサ |
| US20070195593A1 (en) * | 2006-02-21 | 2007-08-23 | Industrial Technology Research Institute | Structure of magnetic memory cell and magnetic memory device |
| JP2008203238A (ja) * | 2007-02-21 | 2008-09-04 | Koshin Denki Kk | 電流検知デバイス |
| CN102590768A (zh) * | 2012-03-14 | 2012-07-18 | 江苏多维科技有限公司 | 一种磁电阻磁场梯度传感器 |
| CN102812367A (zh) * | 2010-03-12 | 2012-12-05 | 阿尔卑斯绿色器件株式会社 | 电流测定装置 |
| CN107228898A (zh) * | 2017-07-31 | 2017-10-03 | 广东工业大学 | 焊接缺陷检测装置 |
| CN108387852A (zh) * | 2018-04-23 | 2018-08-10 | 北京航空航天大学青岛研究院 | 单、双轴磁场传感器及其制备方法 |
| CN111044953A (zh) * | 2020-01-06 | 2020-04-21 | 珠海多创科技有限公司 | 单一芯片全桥tmr磁场传感器 |
| CN112305469A (zh) * | 2019-07-29 | 2021-02-02 | 甘肃省科学院传感技术研究所 | 具有集成式退火结构的巨磁阻传感器 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102226836A (zh) * | 2011-04-06 | 2011-10-26 | 江苏多维科技有限公司 | 单一芯片桥式磁场传感器及其制备方法 |
| CN102419393B (zh) * | 2011-12-30 | 2013-09-04 | 江苏多维科技有限公司 | 一种电流传感器 |
| US10509058B2 (en) * | 2018-01-12 | 2019-12-17 | Allegro Microsystems, Llc | Current sensor using modulation of or change of sensitivity of magnetoresistance elements |
| CN111596239B (zh) * | 2020-06-15 | 2021-07-20 | 北京航空航天大学 | 一种单片集成三轴隧穿磁电阻的磁传感器及其制备方法 |
| CN114509593A (zh) * | 2021-12-31 | 2022-05-17 | 歌尔微电子股份有限公司 | 电流传感器、电子设备和检测装置 |
-
2021
- 2021-12-31 CN CN202111681559.1A patent/CN114509593A/zh active Pending
-
2022
- 2022-12-02 WO PCT/CN2022/136364 patent/WO2023124784A1/zh unknown
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5049809A (en) * | 1987-04-09 | 1991-09-17 | Fujitsu Limited | Sensing device utilizing magneto electric transducers |
| JP2005249678A (ja) * | 2004-03-05 | 2005-09-15 | Uchihashi Estec Co Ltd | 電線の導体欠陥検知用センサ |
| US20070195593A1 (en) * | 2006-02-21 | 2007-08-23 | Industrial Technology Research Institute | Structure of magnetic memory cell and magnetic memory device |
| JP2008203238A (ja) * | 2007-02-21 | 2008-09-04 | Koshin Denki Kk | 電流検知デバイス |
| CN102812367A (zh) * | 2010-03-12 | 2012-12-05 | 阿尔卑斯绿色器件株式会社 | 电流测定装置 |
| CN102590768A (zh) * | 2012-03-14 | 2012-07-18 | 江苏多维科技有限公司 | 一种磁电阻磁场梯度传感器 |
| CN107228898A (zh) * | 2017-07-31 | 2017-10-03 | 广东工业大学 | 焊接缺陷检测装置 |
| CN108387852A (zh) * | 2018-04-23 | 2018-08-10 | 北京航空航天大学青岛研究院 | 单、双轴磁场传感器及其制备方法 |
| CN112305469A (zh) * | 2019-07-29 | 2021-02-02 | 甘肃省科学院传感技术研究所 | 具有集成式退火结构的巨磁阻传感器 |
| CN111044953A (zh) * | 2020-01-06 | 2020-04-21 | 珠海多创科技有限公司 | 单一芯片全桥tmr磁场传感器 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023124784A1 (zh) * | 2021-12-31 | 2023-07-06 | 歌尔微电子股份有限公司 | 电流传感器、电子设备和检测装置 |
| CN116953336A (zh) * | 2023-09-21 | 2023-10-27 | 北京智芯微电子科技有限公司 | 电流传感器芯片、制作方法和电路 |
| CN116953336B (zh) * | 2023-09-21 | 2024-01-19 | 北京智芯微电子科技有限公司 | 电流传感器芯片、制作方法和电路 |
| CN117405958A (zh) * | 2023-12-14 | 2024-01-16 | 江苏多维科技有限公司 | 电流传感器 |
| CN117405958B (zh) * | 2023-12-14 | 2024-02-13 | 江苏多维科技有限公司 | 电流传感器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2023124784A1 (zh) | 2023-07-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20180164387A1 (en) | Magnetic sensor circuits and systems and methods for forming magnetic sensor circuits | |
| US9606144B2 (en) | Probe card and method for testing magnetic sensors | |
| CN114509593A (zh) | 电流传感器、电子设备和检测装置 | |
| EP1986015B1 (en) | MTJ sensoring including domain stable free layer | |
| EP1706751B1 (en) | High sensitivity magnetic built-in current sensor | |
| US20180038899A1 (en) | Current sensor, current measuring module, and smart meter | |
| CN112082579B (zh) | 宽量程隧道磁电阻传感器及惠斯通半桥 | |
| US10012707B2 (en) | Magnetic field sensor with 3-axes self test | |
| US9252187B2 (en) | Devices and methods for measurement of magnetic characteristics of MRAM wafers using magnetoresistive test strips | |
| JP4660529B2 (ja) | 二重接合磁気メモリデバイスの読み出し方法および二重接合磁気メモリデバイスへの書き込み方法 | |
| US20020000597A1 (en) | Nonvolatile semiconductor memory device and method for recording information | |
| US11531071B2 (en) | Magnetic field detection device | |
| Sanchez et al. | Electrical characterization of a magnetic tunnel junction current sensor for industrial applications | |
| EP1151482A1 (en) | Spin dependent tunneling sensor | |
| Reig et al. | Design, fabrication, and analysis of a spin-valve based current sensor | |
| WO2005064357A2 (en) | Flux guides for magnetic field sensors and memories | |
| CN115917649A (zh) | 来自轨道霍尔效应的自旋电流和磁阻 | |
| Le Phan et al. | Tunnel magnetoresistive current sensors for IC testing | |
| US6795281B2 (en) | Magneto-resistive device including soft synthetic ferrimagnet reference layer | |
| TW557525B (en) | Method of repairing defective tunnel junctions | |
| CN114839418A (zh) | 传感器、电子设备和检测装置 | |
| KR100927195B1 (ko) | 스핀 토크 변환을 이용한 이중 자기터널접합 소자를 사용한ｘｏｒ 및 ｘｎｏｒ 논리 연산장치 | |
| CN114487545A (zh) | 电流传感器、电子设备及检测装置 | |
| US11719770B2 (en) | Multi-functional magnetic test structure for XMR sensors | |
| US20240255549A1 (en) | Residual current detection device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |