磁场感测装置
阅读：690发布：2020-05-08
专利汇可以提供磁场感测装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种 磁场 感测装置，包括至少一漩涡型磁 电阻 及至少一磁化设定元件。漩涡型磁电阻包括钉扎层、受钉扎层、间隔层及圆形自由层。受钉扎层配置于钉扎层上，间隔层配置于受钉扎层上，而圆形自由层配置于间隔层上，且具有漩涡形磁化方向分布。磁化设定元件交替地通电与不通电，当磁化设定元件不通电时，圆形自由层的漩涡形磁化方向分布随着外在磁场而变化，以达到对外在磁场的感测。当磁化设定元件通电时，磁化设定元件所产生的磁场破坏了圆形自由层的漩涡形磁化方向分布，并使圆形自由层达到磁饱和。，下面是磁场感测装置专利的具体信息内容。
1.一种磁场感测装置，其特征在于，包括：
至少一漩涡型磁电阻，包括：
钉扎层；
受钉扎层，配置于所述钉扎层上；
间隔层，配置于所述受钉扎层上；以及
圆形自由层，配置于所述间隔层上，且具有漩涡形磁化方向分布；以及
至少一磁化设定元件，配置于所述至少一漩涡型磁电阻的一侧，其中所述至少一磁化设定元件交替地通电与不通电，当所述至少一磁化设定元件不通电时，所述圆形自由层的漩涡形磁化方向分布随着外在磁场而变化，以达到对所述外在磁场的感测；当所述至少一磁化设定元件通电时，所述至少一磁化设定元件所产生的磁场破坏了所述圆形自由层的漩涡形磁化方向分布，并使所述圆形自由层达到磁饱和。
2.根据权利要求1所述的磁场感测装置，还包括：
基板，其中所述磁化设定元件配置于所述基板上；
第一绝缘层，覆盖在所述磁化设定元件上，其中所述漩涡型磁电阻配置于所述第一绝缘层上；以及
第二绝缘层，覆盖在所述漩涡型磁电阻上。
3.根据权利要求1所述的磁场感测装置，还包括：
基板，其中所述漩涡型磁电阻配置于所述基板上；
第一绝缘层，覆盖在所述漩涡型磁电阻上，其中所述磁化设定元件配置于所述第一绝缘层上；以及
第二绝缘层，覆盖在所述磁化设定元件上。
4.根据权利要求1所述的磁场感测装置，其中所述至少一磁化设定元件包括第一磁化设定元件与第二磁化设定元件，所述磁场感测装置还包括：
基板，其中所述第一磁化设定元件配置于所述基板上；
第一绝缘层，覆盖在所述第一磁化设定元件上，其中所述漩涡型磁电阻配置于所述第一绝缘层上；
第二绝缘层，覆盖在所述漩涡型磁电阻上，其中所述第二磁化设定元件配置于所述第二绝缘层上；以及
第三绝缘层，覆盖在所述第二磁化设定元件上。
5.根据权利要求1所述的磁场感测装置，其中所述至少一漩涡型磁电阻为电性连接成惠斯登电桥的多个漩涡型磁电阻，当所述多个漩涡型磁电阻处于感测所述外在磁场的状态时，所述惠斯登电桥输出对应于所述外在磁场的差分信号。
6.根据权利要求5所述的磁场感测装置，其中所述惠斯登电桥电性连接至运算器，当所述多个漩涡型磁电阻处于其圆形自由层处于磁饱和的状态时，所述惠斯登电桥输出空信号，所述运算器用以将对应于所述外在磁场的所述差分信号减去所述空信号，以得到净输出信号。
7.根据权利要求5所述的磁场感测装置，其中所述多个漩涡型磁电阻包括第一漩涡型磁电阻、第二漩涡型磁电阻、第三漩涡型磁电阻及第四漩涡型磁电阻，所述第一漩涡型磁电阻电性连接至所述第三漩涡型磁电阻及所述第四漩涡型磁电阻，所述第二漩涡型磁电阻电性连接至所述第三漩涡型磁电阻及所述第四漩涡型磁电阻，所述第一漩涡型磁电阻的钉扎方向相同于所述第二漩涡型磁电阻的钉扎方向，所述第三漩涡型磁电阻的钉扎方向相同于所述第四漩涡型磁电阻的钉扎方向，且所述第一漩涡型磁电阻的钉扎方向相反于所述第三漩涡型磁电阻的钉扎方向。
8.根据权利要求7所述的磁场感测装置，其中所述至少一磁化设定元件通电时在所述第一漩涡型磁电阻至第四漩涡型磁电阻处所产生的磁场的方向垂直于所述第一漩涡型磁电阻至第四漩涡型磁电阻的钉扎方向。
9.根据权利要求1所述的磁场感测装置，其中所述间隔层为非磁性金属层，而所述漩涡型磁电阻为巨磁电阻。
10.根据权利要求1所述的磁场感测装置，其中所述间隔层为绝缘层，而所述漩涡型磁电阻为穿隧磁电阻。
11.根据权利要求1所述的磁场感测装置，其中所述至少一磁化设定元件为导电片、导电线圈、导线或导体。
磁场感测装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种磁场感测装置。
背景技术
[0002] 磁场传感器是一个能够为系统提供电子罗盘及运动追迹(motion tracking)的重要元件。近年来，相关的应用快速地发展，特别是对于可携式装置而言。在新一世代的应用中，高准确率、快速反应、小体积、低功耗及可靠的品质已成为磁场传感器的重要特征。
[0003] 在传统的巨磁电阻或穿隧磁电阻传感器中，具有钉扎层(pinning layer)、受钉扎层(pinned layer)、间隔层(spacer layer)及自由层(free layer)依序堆叠的结构，其中自由层具有一易磁化轴(magnetic easy-axis)，其垂直于钉扎层的钉扎方向。若欲建构一个单轴的具有惠斯登电桥的磁传感器，多个具有不同的钉扎方向的磁电阻是重要的。对于3轴的磁传感器而言，则需要多个分别具有6个钉扎方向的磁电阻。然而，就制造的观点来看，在一个晶圆中于钉扎层中制作第二种钉扎方向会造成可观的成本增加，且会降低了受钉扎层中的磁化方向配置的稳定性。
发明内容
[0005] 本发明提供一种磁场感测装置，其能够有效克服闪烁噪声的干扰。
[0006] 本发明的一实施例提出一种磁场感测装置，包括至少一漩涡型磁电阻(vortex magnetoresistor)及至少一磁化设定元件(magnetization setting element)。此至少一漩涡型磁电阻包括钉扎层、受钉扎层、间隔层及圆形自由层。受钉扎层配置于钉扎层上，间隔层配置于受钉扎层上，而圆形自由层配置于间隔层上，且具有漩涡形磁化方向分布。此至少一磁化设定元件配置于此至少一漩涡型磁电阻的一侧，且此至少一磁化设定元件交替地通电与不通电，当此至少一磁化设定元件不通电时，圆形自由层的漩涡形磁化方向分布随着外在磁场而变化，以达到对外在磁场的感测。当此至少一磁化设定元件通电时，此至少一磁化设定元件所产生的磁场破坏了圆形自由层的漩涡形磁化方向分布，并使圆形自由层达到磁饱和。
[0007] 在本发明的一实施例中，磁场感测装置还包括基板、第一绝缘层及第二绝缘层。磁化设定元件配置于基板上，第一绝缘层覆盖在磁化设定元件上，其中漩涡型磁电阻配置于第一绝缘层上。第二绝缘层覆盖在漩涡型磁电阻上。
[0008] 在本发明的一实施例中，磁场感测装置还包括基板、第一绝缘层及第二绝缘层。漩涡型磁电阻配置于基板上，第一绝缘层覆盖在漩涡型磁电阻上，其中磁化设定元件配置于第一绝缘层上。第二绝缘层覆盖在磁化设定元件上。
[0009] 在本发明的一实施例中，此至少一磁化设定元件包括第一磁化设定元件与第二磁化设定元件，且磁场感测装置更包括基板、第一绝缘层、第二绝缘层及第三绝缘层。第一磁化设定元件配置于基板上，第一绝缘层覆盖在第一磁化设定元件上，其中漩涡型磁电阻配置于第一绝缘层上。第二绝缘层覆盖在漩涡型磁电阻上，其中第二磁化设定元件配置于第二绝缘层上。第三绝缘层覆盖在第二磁化设定元件上。
[0010] 在本发明的一实施例中，此至少一漩涡型磁电阻为电性连接成惠斯登电桥的多个漩涡型磁电阻。当这些漩涡型磁电阻处于感测外在磁场的状态时，惠斯登电桥输出对应于外在磁场的差分信号。
[0011] 在本发明的一实施例中，惠斯登电桥电性连接至运算器。当这些漩涡型磁电阻处于其圆形自由层处于磁饱和的状态时，惠斯登电桥输出空信号。运算器用以将对应于外在磁场的差分信号减去空信号，以得到净输出信号。
[0012] 在本发明的一实施例中，这些漩涡型磁电阻包括第一漩涡型磁电阻、第二漩涡型磁电阻、第三漩涡型磁电阻及第四漩涡型磁电阻。第一漩涡型磁电阻电性连接至第三漩涡型磁电阻及第四漩涡型磁电阻，第二漩涡型磁电阻电性连接至第三漩涡型磁电阻及第四漩涡型磁电阻，第一漩涡型磁电阻的钉扎方向相同于第二漩涡型磁电阻的钉扎方向，第三漩涡型磁电阻的钉扎方向相同于第四漩涡型磁电阻的钉扎方向，且第一漩涡型磁电阻的钉扎方向相反于第三漩涡型磁电阻的钉扎方向。
[0013] 在本发明的一实施例中，此至少一磁化设定元件通电时在第一至第四漩涡型磁电阻处所产生的磁场的方向垂直于第一至第四漩涡型磁电阻的钉扎方向。
[0015] 在本发明的一实施例中，间隔层为绝缘层，而漩涡型磁电阻为穿隧磁电阻。
[0016] 在本发明的一实施例中，此至少一磁化设定元件为导电片、导电线圈、导线或导体。
[0017] 在本发明的实施例的磁场感测装置中，由于采用具有漩涡形磁化方向分布的圆形自由层，因此漩涡型磁电阻所能感测的外在磁场方向较不受限制。此外，在本发明的实施例的磁场感测装置中，由于采用了能够破坏圆形自由层的漩涡形磁化方向分布的磁化设定元件以测量出磁场感测装置本身存在的闪烁噪声，因此本发明的实施例的磁场感测装置能够有效克服闪烁噪声的干扰。
附图说明
[0019] 图1是本发明的一实施例的磁场感测装置的剖面示意图；
[0020] 图2是图1中的漩涡型磁电阻与磁化设定元件的上视示意图；
[0021] 图3为图1中的漩涡型磁电阻的立体示意图；
[0022] 图4A至图4D分别示出图3中的圆形自由层受到四个不同方向的外在磁场所产生的四种磁化方向分布的变化；
[0023] 图5示出图3中的漩涡型磁电阻于不同方向的外来磁场的作用下及没有外来磁场的情况下电阻值的变化；
[0024] 图6A至图6D示出图1与图2的漩涡型磁电阻在受到磁化设定元件所施加的磁场后所产生的饱和磁化量的方向；
[0025] 图7示出图1的漩涡型磁电阻的转换曲线；
[0026] 图8为本发明的一实施例的磁场感测装置的上视示意图；
[0027] 图9为图8的惠斯登电桥的输出信号的示意波形图；
[0028] 图10为本发明的另一实施例的磁场感测装置的剖面示意图；
[0029] 图11为本发明的又一实施例的磁场感测装置的剖面示意图。
[0030] 附图标号说明：
[0031] 100、100a、100b：磁场感测装置
[0032] 110：磁化设定元件
[0033] 1101：第一磁化设定元件
[0034] 1102：第二磁化设定元件
[0035] 120：基板
[0036] 130：第一绝缘层
[0037] 140：第二绝缘层
[0038] 150：第三绝缘层
[0039] 160：运算器
[0040] 200：漩涡型磁电阻
[0041] 210：钉扎层
[0042] 220：受钉扎层
[0043] 230：间隔层
[0044] 240：圆形自由层
[0045] D1：第一方向
[0046] D2：第二方向
[0047] D3：第三方向
[0048] H：外在磁场
[0049] I：电流
[0050] ML：磁化方向
[0051] P1：钉扎方向
[0052] Q1、Q2、Q3、Q4：接点
[0053] R：电阻值
[0054] R1：第一漩涡型磁电阻
[0055] R2：第二漩涡型磁电阻
[0056] R3：第三漩涡型磁电阻
[0057] R4：第四漩涡型磁电阻
[0058] VC：漩涡中心
具体实施方式
[0059] 图1是本发明的一实施例的磁场感测装置的剖面示意图，图2是图1中的漩涡型磁电阻与磁化设定元件的上视示意图，且图3为图1中的漩涡型磁电阻的立体示意图。请参照图1至图3，本实施例的磁场感测装置100包括至少一漩涡型磁电阻200及至少一磁化设定元件110。此至少一漩涡型磁电阻200包括一钉扎层210、一受钉扎层220、一间隔层230及一圆形自由层240。受钉扎层220配置于钉扎层210上，间隔层230配置于受钉扎层220上，而圆形自由层240配置于间隔层230上。在本实施例中，钉扎层210提供一钉扎方向(pinning direction)P1，其使受钉扎层220的磁化方向固定于钉扎方向P1上。在本实施例中，钉扎层210的材料是反铁磁性材料(antiferromagnetic material)，受钉扎层220与圆形自由层
240的材料是铁磁性材料(ferromagnetic material)，其中圆形自由层240的材料是软磁性材料(soft magnetic material)。
240的材料是铁磁性材料(ferromagnetic material)，其中圆形自由层240的材料是软磁性材料(soft magnetic material)。
[0060] 在本实施例中，磁场感测装置100可处于由第一方向D1、第二方向D2及第三方向D3所建构的空间中，其中第一方向D1、第二方向D2及第三方向D3彼此互相垂直。在本实施例中，钉扎方向P1平行于第二方向D2，且钉扎层210、受钉扎层220、间隔层230及圆形自由层240等各膜层皆平行于第一方向D1与第二方向D2所建构的平面。
[0061] 圆形自由层240具有漩涡形磁化方向分布。具体而言，当不存在外在磁场时，圆形自由层240的磁化方向ML沿着圆形自由层240的圆形轮廓排列成多个圆形，这些圆形的直径逐渐缩小而终至收敛于圆形轮廓的中心。磁化方向ML的排列可以是顺时针方向的，也可以是逆时针方向的。在圆形自由层240的中心会形成一漩涡中心(vortex core)VC，且在漩涡中心VC处的磁化方向是垂直于圆形自由层240的方向，其可朝上(即朝向图2与图3中的第三方向D3)或朝下(即朝向与第三方向D3相反的方向)。此时，整个圆形自由层240的静磁化量(net magnetization)为零。
[0062] 在本实施例中，漩涡型磁电阻200可以是巨磁电阻(giant magnetoresistor,GMR)或穿隧磁电阻(tunneling magnetoresistor,TMR)。当漩涡型磁电阻200为巨磁电阻时，其间隔层230为一非磁性金属层；而当漩涡型磁电阻200为穿隧磁电阻时，其间隔层230为一绝缘层。
[0063] 此至少一磁化设定元件110配置于此至少一漩涡型磁电阻200的一侧。在本实施例中，磁化设定元件110例如为导电片、导电线圈、导线或导体，其可通过通电流而产生磁场，以在圆形自由层240处产生用以设定圆形自由层240的磁化方向的磁场。
[0064] 此至少一磁化设定元件110交替地通电与不通电。当此至少一磁化设定元件110不通电时，圆形自由层240的漩涡形磁化方向分布随着外在磁场而变化，以达到对外在磁场的感测。当此至少一磁化设定元件110通电时，此至少一磁化设定元件110所产生的磁场破坏了圆形自由层240的漩涡形磁化方向分布，并使圆形自由层240达到磁饱和。
[0065] 具体而言，请参照图4A，当有一沿着第一方向D1的外在磁场H经过漩涡型磁电阻200时，在漩涡中心VC的朝向第二方向D2的一侧的面积会变大，在漩涡中心VC的朝向第二方向D2的反方向的一侧的面积会变小，且这两侧面积中的磁化方向相反，导致整个圆形自由层240产生一个朝向第一方向D1的静磁化量，且漩涡中心VC往第二方向D2的反方向移动。
[0066] 请参照图4B，当有一沿着第一方向D1的反方向的外在磁场H经过漩涡型磁电阻200时，在漩涡中心VC的朝向第二方向D2的一侧的面积会变小，在漩涡中心VC的朝向第二方向D2的反方向的一侧的面积会变大，且这两侧面积中的磁化方向相反，导致整个圆形自由层240产生一个朝向第一方向D1的反方向的静磁化量，且漩涡中心VC往第二方向D2移动。
[0067] 请参照图4C，当有一沿着第二方向D2的外在磁场H经过漩涡型磁电阻200时，在漩涡中心VC的朝向第一方向D1的一侧的面积会变小，在漩涡中心VC的朝向第一方向D1的反方向的一侧的面积会变大，且这两侧面积中的磁化方向相反，导致整个圆形自由层240产生一个朝向第二方向D2的静磁化量，且漩涡中心VC往第一方向D1移动。
[0068] 请参照图4D，当有一沿着第二方向D2的反方向的外在磁场H经过漩涡型磁电阻200时，在漩涡中心VC的朝向第一方向D1的一侧的面积会变大，在漩涡中心VC的朝向第一方向D1的反方向的一侧的面积会变小，且这两侧面积中的磁化方向相反，导致整个圆形自由层240产生一个朝向第二方向D2的反方向的静磁化量，且漩涡中心VC往第一方向D1的反方向移动。
[0069] 图5示出图3中的漩涡型磁电阻于不同方向的外来磁场的作用下及没有外来磁场的情况下电阻值的变化。请参照图3、图4A至图4D及图5，图5中的曲线图表现了漩涡型磁电阻200的电阻值R相对于外在磁场H的变化。如图5的左上图所示，当漩涡型磁电阻200被施加一与钉扎方向P1同向之外在磁场H时，如图4C所示出圆形自由层240在钉扎方向P1上会产生一个净磁化量，而使得电阻值R下降，即曲线图中黑圆点所对应的电阻值R的数值。如图5的左下图所示，当漩涡型磁电阻200被施加一与钉扎方向P1相反方向之外在磁场H时，如图4D所示出圆形自由层240在钉扎方向P1的反方向上会产生一个净磁化量，而使得电阻值R上升，即曲线图中黑圆点所对应的电阻值R的数值。如图5的右上图所示，当漩涡型磁电阻200被施加一与钉扎方向P1垂直之外在磁场H时，如图4A或图4B所示出圆形自由层240在垂直于钉扎方向P1的方向上产生一个净磁化量，此净磁化量在钉扎方向P1上的正投影量为零，而使得电阻值R维持不变，即曲线图中黑圆点所对应的电阻值R的数值。另外，如图5的右下图所示，当漩涡型磁电阻200没有被施加磁场时，其电阻值R维持不变，即曲线图中黑圆点所对应的电阻值R的数值。
[0070] 图6A至图6D示出图1与图2的漩涡型磁电阻在受到磁化设定元件所施加的磁场后所产生的饱和磁化量的方向。请参照图1、图2及图6A，当如图1及图2的磁化设定元件110通有一流向第二方向D2的电流I时，会在圆形自由层240处产生朝向第一方向D1的强磁场，而使得圆形自由层240达到磁饱和，并在第一方向D1上产生饱和磁化量。此时圆形自由层240形成单磁域(single domain)，其各位置的磁化方向均朝向第一方向D1。由于此饱和磁化量与钉扎方向P1(即第二方向D2)垂直，因此漩涡型磁电阻200的电阻值R理论上不产生变化。
[0071] 请再参照图1、图2及图6B，当如图1及图2的磁化设定元件110的电流I流向改成流向第二方向D2的反方向时，会在圆形自由层240处产生朝向第一方向D1的反方向的强磁场，而使得圆形自由层240达到磁饱和，并在第一方向D1的反方向上产生饱和磁化量。此时圆形自由层240形成单磁域，其各位置的磁化方向均朝向第一方向D1的反方向。由于此饱和磁化量与钉扎方向P1(即第二方向D2)垂直，因此漩涡型磁电阻200的电阻值R理论上不产生变化。
[0072] 请再参照图1、图2及图6C，当如图1及图2的磁化设定元件110的延伸方向从原本的第二方向D2改为第一方向D1时，且电流I的流向改成流向第一方向D1的反方向时，会在圆形自由层240处产生朝向第二方向D2的强磁场，而使得圆形自由层240达到磁饱和，并在第二方向D2上产生饱和磁化量。此时圆形自由层240形成单磁域，其各位置的磁化方向均朝向第二方向D2。由于此饱和磁化量与钉扎方向P1(即第二方向D2)一致，因此漩涡型磁电阻200的电阻值R会降低至最小值。
[0073] 请再参照图1、图2及图6D，当如图1及图2的磁化设定元件110的延伸方向从原本的第二方向D2改为第一方向D1时，且电流I的流向改成流向第一方向D1时，会在圆形自由层240处产生朝向第二方向D2的反方向的强磁场，而使得圆形自由层240达到磁饱和，并在第二方向D2的反方向上产生饱和磁化量。此时圆形自由层240形成单磁域，其各位置的磁化方向均朝向第二方向D2的反方向。由于此饱和磁化量与钉扎方向P1(即第二方向D2)相反，因此漩涡型磁电阻200的电阻值R会上升至最大值。
[0074] 当磁化设定元件110不通电流时，漩涡型磁电阻200是处于可感测外在磁场H的情况下，如图4A至图4D所示出，此时漩涡型磁电阻200的输出信号是包含了对应于外在磁场H的部分与对应于系统的闪烁噪声的部分。而当磁化设定元件110通电流而使漩涡型磁电阻200达到磁饱和时，漩涡型磁电阻的输出信号则是对应于系统的闪烁噪声。因此，当磁化设定元件110交替地通电与不通电，并将此两种状态下漩涡型磁电阻200的输出信号相减，便能够扣除系统的闪烁噪声的影响，而得到较为准确的对应于外在磁场H的信号。
[0075] 在本实施例中，磁场感测装置100还包括一基板120、一第一绝缘层130及一第二绝缘层140。磁化设定元件110配置于基板120上，第一绝缘层130覆盖在磁化设定元件110上，漩涡型磁电阻200配置于第一绝缘层130上，且第二绝缘层140覆盖在漩涡型磁电阻200上。在本实施例中，基板120为线路基板，例如为具有电路的半导体基板。
[0076] 图7示出图1的漩涡型磁电阻的转换曲线(transfer curve)。请参照图1、图2、图3与图7，当沿着钉扎方向P1的反方向的一正的外在磁场H或一负的外在磁场H被施加在漩涡型磁电阻200上时，漩涡型磁电阻200的电阻值R先随着外在磁场H的绝对值的增加而增加或减少。当外在磁场H的强度增加或减少至Han或-Han时，漩涡型磁电阻200的电阻值R达到一个饱和值R+ΔRs或R-ΔRs，此时漩涡中心VC消失了，且圆形自由层240具有单磁域且其净磁化量达到饱和磁化量。
[0077] 当外在磁场H的绝对值从上述饱和点开始减少时(即从Han开始减少或从-Han开始增加时)，漩涡型磁电阻200继续维持在饱和值(即R+ΔRs或R-ΔRs)，直到外在磁场H的绝对值小于Hre时(即外在磁场小于Hre或大于-Hre时)，漩涡中心VC才重新出现。
[0078] 如此一来，漩涡型磁电阻200的一第一工作范围Hdy'可定义为从-Hre至+Hre，而一第二工作范围可为Hdy以外的范围，也就是小于-Han或大于+Han的范围。在第一工作范围内，圆形自由层240的漩涡形磁化方向分布稳定地存在。在第二工作范围内，磁化设定元件110所设定的磁场的绝对值超过了+Han或-Han的绝对值，此时圆形自由层240变成具有饱和净磁化量的单磁域。
[0079] 图8为本发明的一实施例的磁场感测装置的上视示意图。请参照图1、图2、图3及图8，在图1、图2及图3中是以一个漩涡型磁电阻200与一个磁化设定元件110为例进行说明，而在一实施例中，如图8所示出，磁场感测装置100可包括多个漩涡型磁电阻200(例如第一漩涡型磁电阻R1、第二漩涡型磁电阻R2、第三漩涡型磁电阻R3及第四漩涡型磁电阻R4等4个漩涡型磁电阻)及多个磁化设定元件110(例如两个磁化设定元件110，这两个磁化设定元件
110其中之一与漩涡型磁电阻R1与R3重叠，而另一个与漩涡型磁电阻R2与R4重叠)。也就是说，这些漩涡型磁电阻200为电性连接成一惠斯登电桥的多个漩涡型磁电阻200，而当这些漩涡型磁电阻200处于感测外在磁场的状态时(也就是磁化设定元件110不通电时)，惠斯登电桥输出对应于外在磁场的一差分信号。
110其中之一与漩涡型磁电阻R1与R3重叠，而另一个与漩涡型磁电阻R2与R4重叠)。也就是说，这些漩涡型磁电阻200为电性连接成一惠斯登电桥的多个漩涡型磁电阻200，而当这些漩涡型磁电阻200处于感测外在磁场的状态时(也就是磁化设定元件110不通电时)，惠斯登电桥输出对应于外在磁场的一差分信号。
[0080] 具体而言，第一漩涡型磁电阻R1电性连接至第三漩涡型磁电阻R3及第四漩涡型磁电阻R4，第二漩涡型磁电阻R2电性连接至第三漩涡型磁电阻R3及第四漩涡型磁电阻R4。此外，第一漩涡型磁电阻R1的钉扎方向P1相同于第二漩涡型磁电阻R2的钉扎方向P1，其皆为朝向第二方向D2。第三漩涡型磁电阻R3的钉扎方向P1相同于第四漩涡型磁电阻R4的钉扎方向P1，其皆为朝向第二方向D2的反方向。此外，第一漩涡型磁电阻R1的钉扎方向P1相反于第三漩涡型磁电阻R3的钉扎方向P1。
[0081] 当外在磁场在第二方向D2上有一磁场分量时，第一漩涡型磁电阻R1的电阻值产生了-ΔR的变化，且第二漩涡型磁电阻R2的电阻值产生了-ΔR的变化。此外，由于第三漩涡型磁电阻R3与第四漩涡型磁电阻R4的钉扎方向P1是朝向第二方向D2的反方向，因此第三漩涡型磁电阻R3的电阻值产生了+ΔR的变化，且第四漩涡型磁电阻R4的电阻值产生了+ΔR的变化。如此一来，当接点Q1接收一参考电压VDD，而接点Q2耦接至地(ground)时，接点Q3与接点Q4之间的电压差会是(VDD)×(ΔR/R)，其可以为一输出信号，而此输出信号为一差分信号，其中小会对应外在磁场在第二方向D2上的磁场分量的大小。其中，接点Q1耦接至第一漩涡型磁电阻R1与第四漩涡型磁电阻R4之间的导电路径，接点Q2耦接至第二漩涡型磁电阻R2与第三漩涡型磁电阻R3之间的导电路径，接点Q3耦接至第一漩涡型磁电阻R1与第三漩涡型磁电阻R3之间的导电路径，而接点Q4耦接至第二漩涡型磁电阻R2与第四漩涡型磁电阻R4之间的导电路径。
[0082] 在本实施例中，上述惠斯登电桥电性连接至一运算器160。当这些漩涡型磁电阻200处于其圆形自由层240处于磁饱和的状态时，惠斯登电桥输出一空信号，运算器160用以将对应于外在磁场的差分信号减去空信号，以得到一净输出信号，而此净输出信号已扣除了闪烁噪声的影响，而能够较为准确地反应出外在磁场的大小。在本实施例中，磁化设定元件110通电时，电流I流向第二方向D2，因此其在第一至第四漩涡型磁电阻R1、R2、R3及R4处所产生的磁场的方向垂直于第一至第四漩涡型磁电阻R1、R2、R3及R4的钉扎方向P1。此时，空信号只包含了闪烁噪声的部分，因此将对应于外在磁场的差分信号减去空信号，即可以得到能够反应外在磁场的净输出信号。然而，当磁化设定元件110的摆设方式是使在第一至第四漩涡型磁电阻R1、R2、R3及R4处所产生的磁场的方向平行或反平行于第一至第四漩涡型磁电阻R1、R2、R3及R4的钉扎方向P1时，则空信号除了包含闪烁噪声的部分之外，还包括了饱和信号(可以是正值或负值)，即第一至第四漩涡型磁电阻R1、R2、R3及R4的一部分的电阻值增加至最大值，而另一部分的电阻值增加至最小值。此时运算器将对应于外在磁场的差分信号减去空信号，可再加回或扣除饱和信号，以得到能够准确对应外在磁场的净输出信号。在本实施例中，运算器160例如是一算术运算器，其可设置于基板120上或基板120中。
[0083] 图9为图8的惠斯登电桥的输出信号的示意波形图。请参照图8与图9，当惠斯登电桥交替地在感测状态(即磁化设定元件110不通电时)及空状态(null state)(即磁化设定元件110通有电流I时)之间切换时，在感测状态时惠斯登电桥所输出的电压信号为Vs，而在空状态时惠斯登电桥所输出的电压信号为Vn。运算器则计算Vs-Vn，以得到净输出信号并将其输出。
[0084] 图10为本发明的另一实施例的磁场感测装置的剖面示意图。请参照图10，本实施例的磁场感测装置100a类似于图1的磁场感测装置100，而两者的差异如下所述。在本实施例的磁场感测装置100a中，漩涡型磁电阻200配置于基板120上，且第一绝缘层130覆盖在漩涡型磁电阻200上。此外，磁化设定元件110配置于第一绝缘层130上，且第二绝缘层140覆盖在磁化设定元件110上。如此一来，当磁化设定元件110通有电流I时，仍能在漩涡型磁电阻200处产生强磁场。
[0085] 图11为本发明的又一实施例的磁场感测装置的剖面示意图。请参照图10，本实施例的磁场感测装置100b类似于图1的磁场感测装置100，而两者的差异如下所述。本实施例的磁场感测装置100b的至少一磁化设定元件110包括一第一磁化设定元件1101与一第二磁化设定元件1102，且磁场感测装置100b还包括一第三绝缘层150。此外，第一磁化设定元件1101配置于基板120上，第一绝缘层130覆盖在第一磁化设定元件1101上，漩涡型磁电阻200配置于第一绝缘层130上，第二绝缘层140覆盖在漩涡型磁电阻200上。另外，第二磁化设定元件1102配置于第二绝缘层140上，且第三绝缘层150覆盖在第二磁化设定元件1102上。如此一来，当第一磁化设定元件1101与第二磁化设定元件1102通有电流I时，仍能在漩涡型磁电阻200处产生强磁场。
[0086] 综上所述，在本发明的实施例的磁场感测装置中，由于采用具有漩涡形磁化方向分布的圆形自由层，因此漩涡型磁电阻所能感测的外在磁场方向较不受限制。此外，在本发明的实施例的磁场感测装置中，由于采用了能够破坏圆形自由层的漩涡形磁化方向分布的磁化设定元件以测量出磁场感测装置本身存在的闪烁噪声，因此本发明的实施例的磁场感测装置能够有效克服闪烁噪声的干扰。
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