TWI482984B - 穿隧磁阻參考單元以及使用此穿隧磁阻參考單元之磁場感測電路 - Google Patents

穿隧磁阻參考單元以及使用此穿隧磁阻參考單元之磁場感測電路 Download PDF

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Description

穿隧磁阻參考單元以及使用此穿隧磁阻參考單元之磁 場感測電路
本發明係有關於磁場感測技術，特別係有關於穿隧磁阻參考單元以及使用此穿隧磁阻參考單元之磁場感測電路。
由於消費性電子產品像是智慧型手機的需求高漲，對於使用磁場感測技術電子羅盤的需求已逐漸提高。霍爾感測器(Hall sensor)及異向性磁電阻器(anisotropic magneto-resistor，AMR)感測器，將是該等最流行的磁場感測器，但都遭受對磁場的低靈敏度以及元件面積龐大之問題。使用穿隧磁阻(tunneling magneto-resistor,TMR)作為磁場感測器，比起該霍爾感測器以及ARM感測器，將能夠受益於較高靈敏度和較小的元件面積。然而，該TMR對於磁場只能展現單軸向感測以及缺乏磁場反應線性度。因此，較難應用在電子羅盤上。
作為一磁場感測器之一典型TMR 100，如第1A圖及第1B圖所示。該TMR 100包括一由導電物質形成的下板，作為設置在一基板90上的一下電極，一磁性穿隧接面(Magnetic Tunneling Junction，MTJ)裝置110設置在該下電極102上，以及一由導電物質形成的上板作為一上電極106，其中該上電極106設置在該MTJ裝置110上。如該MTJ裝置的該結構圖所示，該MTJ能夠定義出在一交叉點於中心處的十字線，其中該長度較長的線被稱為一長軸 (major axis)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(pinned layer)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。由磁性物質構成的該固定層112設置在該下電極102上方且有一第一固定磁矩114，與一固定方向平行。由非磁性物質構成的該穿隧層115設置在該固定層112上。由磁性物質構成的該自由層116設置在該穿隧層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MTJ裝置(亦即，堆疊磁性薄膜及蝕刻圖案)之前或之後，在一退火過程中藉由施加磁場給該MTJ裝置以設定該固定方向。在該退火過程後，由於形狀異向性，該固定方向會與所施加磁場的方向平行，且該自由磁矩會與該易軸平行。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且受到一非常強烈去磁化場的困擾，該磁性薄膜內平面的自由層及固定層的磁矩活動力會受到侷限。亦即，旋轉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與該磁性薄膜的平面垂直。因此，該TMR的典型架構僅可用於一單軸向磁場感測器。
第2A圖及第2B圖分別顯示一互補穿隧磁阻(mutal supplement tunneling magneto-resistor，稱作MS-TMR)沿其易軸上的線之剖面圖、以及上視圖，其中該MS-TMR有 良好的磁場反應線性度。在第2A圖和第2B圖中，該MS-TMR 150包括由導電物質形成的一下電極102，其中該下電極102設置在一基板90上，由導電物質形成的一上電極106，以及設置在該下電極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，110b有一共線，為易軸180。該第一MTJ裝置110a包括一為磁性物質之第一固定層112a設置在該下電極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。非磁性物質的一第一穿隧層115a設置在該第一固定層112a上。磁性物質的一第一自由層116a設置在該第一穿隧層115a上且有一第一自由磁矩118a，初始狀態與該易軸180平行。該上電極106連接到該第一自由層116a。
該第二MTJ裝置110b有著如該第一MTJ裝置110a相同的構造圖案和薄膜堆疊。該第二MTJ裝置110b包括磁性物質之一第二固定層112b設置在該下電極102上且有一第二固定磁矩114b也與該相同固定方向140平行。非磁性物質之一第二穿隧層115b設置在該第二固定層112b上。磁性物質的一第二自由層116b設置在該第二穿隧層115b上且有一第二自由磁矩118b，初始狀態與該易軸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，且一設定電流可被用在該金屬線108的周圍產生一第一安培磁場。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(110a及110b)上，其中分別施加至該第一及第二MTJ裝置(110a及110b)之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參考單元為相同結構，如第2A圖及第2B圖所示。當該磁場感測電路啟動來感測一外部磁場，首先透過在該金屬線中施加一可調電流，而將另一安培磁場施加在該TMR參考單元上，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(或電阻)值。對於操作該TMR參考單元，需要大調整電流來產生該磁場，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。
本發明揭露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 裝置並聯。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。
根據本發明另一實施例，該實施例中的該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值對該外部磁場沒有反應，用以建構一磁場感測電路。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裝置並聯，其中該磁場感測單元的一第二電導值對該外部磁場有反應，其中一感測電流流入對該外部磁場有反應的該磁場感測單元；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；且一訊號轉換放大單元與該磁場感測單元相連接，當感測到該外部磁場時該號轉換放大單元產生對該磁場感測單元的電導變化有反應的一轉換電流。該轉換電流等於該感測電流減去該第二電流。
以下將詳細討論本發明各種實施例之製造及使用方法。然而值得注意的是，本發明所提供之許多可行的發明概念可實施在各種特定範圍中。這些特定實施例僅用於舉 例說明本發明之製造及使用方法，但非用於限定本發明之範圍。
以下所述揭露穿隧磁阻參考單元以及使用此穿隧磁阻參考單元之磁場感測電路；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。根據揭露之一實施例，第3A圖及第3B圖所示為一TMR(穿隧磁阻)參考單元之一上視圖及沿著易軸上A-A’及B-B’方向線段之一剖面圖。
在第3A圖及第3B圖中，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也設置在該基板上。一上電極204設置在該第一及第二MTJ裝置201及202上，因此該第一MTJ裝置201與該第二MTJ裝置202並聯。
該第一MTJ裝置201包括由磁性物質形成的一第一固定層201a設置在該下電極203上及具有一第一固定磁矩201pm。由非磁性物質形成的第一穿隧層201b設置在該第一固定層201a上。由磁性物質形成的一第一自由層201c設置在該第一穿隧層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包括由磁性物質形成的一第二固定層202a設置在該下電極203上以且具有一第二固定磁矩202pm。由非磁性物質所形成的一第二穿隧層202b設置在該第二固定層202a上。由磁性物質所形成的一第二自由層 202c設置在該第二穿隧層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。
應注意到該第一及第二MTJ裝置201及202透過相同的製程同時製造出來，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，並且沿著該長軸(線段A-A’及B-B’)。
舉例來說，設定該自由層201c及202c的該等磁矩方向的方式為透過一安培場，其中該安培場是由流經過該導線206的電流所產生，其中該導線206設置在該第一及第二MTJ裝置201及202的上方(或下方)。數字207表示用以設定該等自由磁矩初始方向之該導線206中電流的方向。如第3A圖所示，在施加該安培場後，該第一自由磁矩201fm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。當一外部磁場施加在該TMR參考單元200的該等二個MTJ裝置，該等MTJ裝置其中之一的該電導(電阻)值會增加且另一個會減少。因此，該TMR參考單元200的總電導值不會因該外部磁場所改變，因此可當作一零磁場參考單元。
第4A圖與第4B圖顯示基於微電磁模擬，相對於沿X軸及Y軸所施加之磁場，該TMR參考單元200之電導值G(arb.unit：任意單位)變化。如第4A圖及第4B圖所示，當該施加磁場在-15~+15 Oe的範圍，該TMR參考單元200 的該電導值實質上是固定的，及該TMR參考單元200作為一零磁場參考單元時，比起該第一或第二MTJ裝置(201或202)獨自工作時，有更好的效能。
第5A圖~第5C圖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換成電訊號。在第5A圖中，該磁場感測電路300包括一偏壓單元301，一電流鏡單元302，一訊號轉換放大單元303，一TMR參考單元304，及一磁場感測單元。第5A圖中，該TMR參考單元304與第3A圖及第3B圖中所描述的該TMR參考單元200結構相同。
在第5A圖中，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與一節點C相連。該TMR參考單元304的該上電極與一節點D相連且該X軸磁場感測單元305的該上電極與一節點E相連。因此可以瞭解在這個例子中，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。然而如第5B圖及第5C圖所示，透過用該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也能夠偵測磁場的一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，在這實施例中，該分壓器包括串連四個相同的電阻器。該分壓器在節點A及節點B分別產生電壓VA (=VDD/2)，以及VB (VDD/4)。該電壓減法 器電路產生在節點C上的電壓VC 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電晶體Q1及一第二PMOS電晶體Q2。該第一PMOS電晶體Q1及該第二PMOS電晶體Q2的源極連接到該VDD上。該第一PMOS電晶體Q1的該汲極連接到該節點D，該第二PMOS電晶體Q2的該汲極連接到該節點E，該第一PMOS電晶體Q1的該閘極與該第二PMOS電晶體Q2的該閘極相連。該電流鏡的輸出電流為二相同電流I1 及I2 。該箝壓電路包括一運算放大器OP1，其中該操作放大器的運作方式使得在該節點D上的電壓VD 與在該節點E上的該電壓VE 相等。該訊號轉換放大單元303包括一運算放大器OP2，其中該運算放大器OP2的一負輸入端與該節點E相連，一正輸入端與該節點A相連，以及一電阻RM 連接在該節點E與該節運算放大器OP2的該輸出端之間。
該等兩個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MTJ裝置也有反平行自由磁矩。因此當沒有外部磁場時，該TMR參考單元304與該X軸磁場感測單元305有著相同的電導值。該電壓VD 及VE 被箝制為相等，因此該電流I1 (=I2 )與I4 (=I2 +I3 )相等，其中由於沒有外部磁場，該電流I3 為零。當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的電導值因外部磁場而改變，然而 該TMR參考單元304的電導值卻無改變。因此，該電流I4 改變而與該電流I1 不再相等。因為該等電流I1 及I2 沒有改變，該電流I3 導致該電流I4 的變化。因此該I3 將不是零且該I3 係反應該外部磁場。該磁場感測單元300的該輸出電壓VOUT 則反應該感測到的外部磁場。
在第5A圖中，該X軸磁場感測單元305的該易軸180(如第2B圖所示)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MTJ裝置N1及N2。該MTJ裝置N1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M1，一第二MTJ裝置M2，及一導線L1有兩線段分別設置在第一第二MTJ裝置M1及M2的下方(或上方)及跨過該第一及第二MTJ裝置M1及M2，其中該第一及第二MTJ裝置M1及M2的該固定磁矩與該第一及第二MTJ裝置M1及M2的該易軸平行。該第一MTJ裝置M1的該自由磁矩與該第一MTJ裝置M1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M1及M2的該固定磁矩分別與MTJ裝置N1及N2的該固定磁矩平行。MTJ裝置M1及M2的該自由磁矩分別與MTJ裝置N1及N2的該自由磁矩的夾角為45度角。該導線L1的該兩個線段與該第一及第二MTJ裝置M1 及M2的該自由磁矩及該固定磁矩垂直。在第5B圖中，該Y軸磁場感測單元307的該易軸180(如第2B圖所示)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軸之夾角為45度角。該Y軸磁場感測單元307有兩個MTJ裝置M3及M4。該MTJ裝置N3的一固定磁矩與該易軸之夾角為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，及一導線L2有兩線段分別設置在該第三及第四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的該自由磁矩之夾角為45度。該導線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。在第5C圖中，一輔助線400如圖所示，與該X軸與該Y軸在XY平面上之夾角為45度。該Z軸磁場感測單元309的該易軸180(如第2B圖所示)與該輔助線400平行，但不限定於此。
在第5C圖中，該Z軸磁場感測單元309為兩個磁場 感測器之並聯，其中該磁場感測器如第2B圖示之磁場感測器150，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。
在這實施例中，該TMR參考組308，為兩個TMR參考單元(308a，308b)之並聯，其中該等TMR參考單元(308a，308b)之並聯與第3A圖中所述結構相同。該等兩個TMR參考單元(308a，308b)分別設置在兩個斜面309a及309b上。該等兩斜面309a及309b在他們所設置該基底的該平面上有相同的角度且對一溝槽的該中軸或是該基板上的一隆丘(bulge)390翻轉對稱。該TMR參考單元308a包括兩個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N8的該自由磁矩之夾角為45度。一導線L3有四段分別設置在該等TMR參考單元308a及308b之該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，以及該導線L3的該四個線段與該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 施加該安培磁場後，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。
對該已揭露的該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(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份能減少功率消耗，且因此該磁場感測電路適合像是可攜式的電子產品。
雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
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‧‧‧第一固定磁矩
204‧‧‧上電極
203‧‧‧下電極
205‧‧‧基板
206‧‧‧導線
207‧‧‧電流方向
201a‧‧‧第一固定層
201b‧‧‧第一穿隧層
201c‧‧‧第一自由層
202a‧‧‧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‧‧‧訊號轉換放大單元
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
M1‧‧‧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MTJ裝置
M8‧‧‧第八MTJ裝置
N1~N8‧‧‧MTJ裝置
OP1，OP2‧‧‧運算放大器
R‧‧‧電阻
L1‧‧‧導線
VM ‧‧‧電壓源
第1A圖所示為用在磁場感測器之一典型TMR之剖視圖；第1B圖所示為第1A圖中用在磁場感測器之一典型TMR之上視圖；第2A~2B圖所示為根據已揭露之先前技術之一互補穿隧磁阻，稱為MS-TMR，之沿著在該易軸線上的剖視圖以及上視圖；第3A~3B圖為根據一已揭露之實施例之一TMR參考單元之上述圖及剖面圖；第4A~4B圖所示為該TMR參考單元200的該電導(G：(任意單位))變化，用微電磁模擬對施加的該磁場沿著該X軸及該Y軸作圖；第5A~5C圖所示為分別沿著X軸。
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‧‧‧第一固定磁矩
200‧‧‧TMR參考單元
206‧‧‧導線
207‧‧‧電流方向

Claims (12)

  1. 一種用於磁場感測之穿隧磁阻參考單元，包括：一第一MTJ(磁性穿隧接面)裝置，包括：一第一固定層，具有在一固定方向之一第一固定磁矩；以及一第一自由層，具有在零磁場時與該固定方向平行之一第一自由磁矩；以及一第二MTJ裝置，包括：一第二固定層，具有在該固定方向之一第二固定磁矩；以及一第二自由層，具有在零磁場時與該固定方向反平行之一第二自由磁矩；其中該第一及第二MTJ裝置為並聯。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之用於磁場感測之穿隧磁阻參考單元，其中該第一及該第二MTJ裝置的長軸方向與所感測的一外部磁場方向之夾角為45度。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之用於磁場感測之穿隧磁阻參考單元，其中該第一及該第二固定磁矩沿著一同方向。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之用於磁場感測之穿隧磁阻參考單元，其中該第一及該第二固定磁矩沿著該第一及第二MTJ裝置的該等長軸。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之用於磁場感測之穿隧磁阻參考單元，其中更包括一導線，有兩線段設置在該第 一及第二MTJ裝置的上方或下方，其中該導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：如申請專利範圍第1項所述之一穿隧磁阻(TMR)參考單元，作為一零磁場參考，具有一第一電導，對一外部磁場沒有反應；一磁場感測單元，包括一第三MTJ裝置與一第四MTJ裝置並聯，具有一第二電導對該外部磁場有反應，其中一感測電流反應該外部磁場，而流通於該磁場感測單元中；一電流鏡，輸出一第一電流及一第二電流到該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；以及一訊號轉換放大器單元，連接到該磁場偵測單元，當感測該外部磁場時，產生反應該磁場偵測單元的一電導變化的一轉換電流，其中該轉換電流等於該感測電流減去該第二電流。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之磁場感測電路，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. 如申請專利範圍第7項所述之磁場感測電路，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，該感測電流的一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. 如申請專利範圍第6項所述之磁場感測電路，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偵測單元的該易軸呈45度角及自由磁矩與該磁場偵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. 如申請專利範圍第9項所述之磁場感測電路，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；以及該感測電流之一路徑與該第一及第二MTJ裝置的該等 固定磁矩與該等自由磁矩垂直。
  11. 如申請專利範圍第6項所述之磁場感測電路，其中該磁場感測單元更包括一第五及一第六MTJ裝置與該第三及該第四MTJ裝置並聯；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. 如申請專利範圍第11項所述之磁場感測電路，其中該參考TMR單元更包括一第七及一第八MTJ裝置與該等第一及該第二MTJ裝置並聯；其中該第一及該第七MTJ裝置及該第二及該第八MTJ分別裝置分別設置在兩個斜面上；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MTJ裝置的該自由磁矩與該第一及該第七MTJ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MTJ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；以及該感測電流之一路徑與該TMR參考單元上的該第一，該第二，該第七，及該第八MTJ裝置的該等固定磁矩及該等自由磁矩垂直。
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