[01160859]高灵敏各向异性磁阻开关芯片

①该成果来源于四川省科技厅科技支撑计划项目（项目名称：与芯片集成的薄膜磁阻开关设计与制备研究,项目编号：2011GZ0118）。 ②其技术原理是：磁阻开关芯片是基于磁性材料的各向异性磁阻效应来开发的。磁性薄膜材料,典型地如NiFe薄膜材料,当外加磁场和薄膜材料中的电流方向不同时,其电阻值不同。外加磁场和电流方向平行时,电阻最大;磁场和电流方向垂直时,电阻最小。将电阻最大和最小两个状态作为开关的”开“和”关“两个状态,从而实现开关功能。在通常的开关器件中,NiFe薄膜需要外加电路才能实现开关功能。本项目将图形化的NiFe薄膜直接沉积在Si集成电路上,并实现NiFe敏感薄膜单元和Si集成电路的互连,封装后形成一个芯片,构成一个完整的芯片产品,从而不需要外加驱动电路就可工作。 其性能指标达到： （a）工作电压：1.6 ～5V; （b）工作点：9～27 Oe（1.6～5V）; （c）工作温度：-55～+105℃; （d）采样周期：～20 ms; （e）静态电流：0.63-5.85μA（1.6-5V,常温）。 ③技术的创造性与先进性：研究中提出采用偏心旋转磁控溅射方法来制备NiFe薄膜,不仅可以提高6寸晶圆上的NiFe薄膜的厚度均匀性,同时,这种沉积方式会在NiFe薄膜面内沿着径向方向形成易磁化方向,从而使得NiFe薄膜的磁矩自取向,这样便可以减少磁场退火的工艺步骤,降低了器件制备的难度和工艺,也降低了生产成本。 在芯片的设计方面,提出采用间隙式采样的低功耗器件设计方法,即在大约20ms之内只采样一次,而采样一次时间仅仅为20μs左右,采用这种采样方法导致极大地降低了芯片的平均功耗,这对于AMR磁阻开关芯片在消费类电子中的应用具有重要的价值。 目前国内还没有与硅电路集成在一起的各向异性磁阻开关芯片产品,通过解决含硅电路的晶圆上的低温生长、器件图形化、均匀性、磁矩自取向等技术,利用光刻、剥离、腐蚀、PECVD、偏心旋转磁控溅射等技术的结合,开发出6寸晶圆上制备各向异性磁阻开关芯片的工艺,制备出高灵敏的磁阻开关芯片,通过对集成薄膜磁阻芯片的市场调查以及查新,结果表明国内目前仍无相关集成薄膜磁阻开关芯片产品的研究和生产。而国外公司如Honeywell、Anasem等在磁传感器方面已申请多项专利,形成对我国磁传感器芯片发展的专利壁垒。 本研究小批量制备出的磁阻开关芯片在工作温度、工作电压、功耗、灵敏度等性能指标上均达到同类产品的国际先进水平。因此,本研究将自主设计的薄膜磁阻单元和驱动电路集成在一起来实现集成薄膜磁阻芯片,其成功实施填补了国内集成薄膜磁阻芯片产品的空白,具有自主知识产权。 ④技术的成熟程度,适用范围和安全性： 本成果涉及的各项技术均已基本成熟,目前已经实现了小批量生产。该成果可在各种需要检测“开”、“关”动作的场合得到应用,如应用于消费电子产品、智能家电、汽车电子等领域。 ⑤应用情况及存在的问题; 本研究成果可广泛应用于如消费电子产品、智能家电、汽车电子等领域。目前,小批量生产的磁阻开关芯片已提供给成都芯进电子有限公司、深圳通感微电子有限公司、深圳市三鼎飞龙电子有限公司等单位进行了试用,性能和国外公司的同类产品相当。 本研究成果的相关技术已应用于贵州雅光电子科技股份有限公司进行小试和中试,取得了较好的效果。 ⑥历年获奖情况：本研究成果无获奖情况。