本发明涉及角度传感，具体涉及一种全角度探测范围各向异性磁阻角度传感器及制作方法。
背景技术：
1、在角度传感器的发展过程中，非接触式传感器由于其不易磨损、寿命长、误差小和可靠性高的特点，相比传统的接触式传感器更适用于工业应用。非接触式传感器主要包括基于光学、电学和磁学原理的传感器。
2、光学角度传感器尽管有高精度和高分辨率的优势，但由于结构复杂、操作不便和对振动敏感，其可靠性和适应恶劣环境的能力较差，限制了广泛应用。电学角度传感器虽结构简单、易于实现，但其信号输出的阶梯状特征和低分辨率，加上对外界环境干扰的敏感，使得其稳定性差，无法满足高精度需求。
3、相比之下，磁学角度传感器，通过检测磁场变化来反映角度变化，具有抗振、抗噪、结构简单、成本低和高精度等优点，尤其适合于粉尘、水、油、蒸汽、冲击和振动等恶劣环境，因此在实际应用中占据主导地位。
4、磁学角度传感器分为霍尔传感器和磁阻传感器。磁阻传感器由于其磁阻元件的高灵敏度、线性度和分辨率，相比霍尔传感器在性能上有明显优势。磁阻传感器进一步细分为各向异性磁阻(amr)、巨磁阻(gmr)和隧道磁阻(tmr)传感器。其中，amr传感器在0～180度范围内表现良好，但需要额外的磁场方向判定手段(如霍尔元件或tmr单极性开关)来实现0～360度全角度探测。而gmr和tmr传感器虽然能直接覆盖全角度范围，但存在磁滞、噪声大、制备工艺复杂、成本高昂和稳定性不足的问题。
技术实现思路
1、本发明提供了一种全角度探测范围各向异性磁阻角度传感器，其目的在于通过在同一芯片上集成多种惠斯通电桥设计类型，并优化磁阻条的版图结构设计，以提升传感器的使用灵活度、应用稳定性及角度探测精度，推动传感器的小型化和集成化应用。
2、为实现上述目的，本发明的技术方案为：
3、本发明提供了一种全角度探测范围各向异性磁阻角度传感器，从下到上依次包括衬底、amr薄膜和电极层；
4、衬底，为硅基片晶圆，其上氧化有sio2层以改善电子薄膜附着性及晶圆表面粗糙度；
5、amr薄膜结构，包括缓冲层、磁性功能层和保护层，其中，
6、缓冲层，为薄膜材料，用于改善晶圆表面粗糙度并提升磁性薄膜性能；
7、磁性功能层，用于实现角度探测或磁场方向判定功能；实现角度探测功能的磁性功能层为坡莫合金；
8、坡莫合金上设置两组互成45度放置的不带barber电极的惠斯通电桥a1与a2，输出正、余弦曲线以实现0～180度的角度探测范围；
9、坡莫合金上设置两组互成90度放置的带barber电极的惠斯通电桥b1与b2，进行磁场方向判别，以将传感器角度探测范围拓宽至0～360度的全角度探测范围；
10、保护层，为薄膜材料，以保护磁性功能层不受外界环境氧化、污染；
11、电极层，为非磁性导电金属层，用于磁阻条之间的金属互连及后期引线键合。
12、进一步的，所述惠斯通电桥a1与a2的磁阻条宽度为5至30微米，磁阻条间隔为4至20微米，磁阻条薄膜厚度为10至50纳米，磁阻条长宽比为3:1至30:1。
13、进一步的，a1与a2桥的电压输出表达式可以表示为：
14、va1＝vscos2θ×(r∥-r⊥)/2r0，va2＝vssin2θ×(r∥-r⊥)/2r0，
15、vs表示供电电压，r0为无外磁场作用时amr元件的电阻，将a1与a2两桥输出的电压值进行反正切换算便可以解算出探测角度值，即探测角度值α＝0.5arctan(va2/va1)。
16、进一步的，所述惠斯通电桥b1与b2的amr薄膜结构通过铁磁材料与反铁磁材料交替堆叠生长，并利用交换偏置效应使薄膜磁矩方向被钉扎在磁阻条长边方向，从而进行磁场方向判别。
17、进一步的，还包括电压判定冗余值设置，用于电桥b1与b2的输出信号，确保在磁场极性改变时能够正确输出高电平或低电平，以实现准确的磁场方向判定。
18、一种制作方法，根据一种全角度探测范围各向异性磁阻角度传感器，包括以下步骤：
19、在si/sio2晶圆上光刻电桥a1与a2的磁阻条图案，并沉积相应的amr薄膜结构；
20、在晶圆上光刻电桥b1与b2的磁阻条图案，并沉积包含反铁磁层的amr薄膜结构；
21、光刻四组惠斯通电桥的互连导电金属层及barber电极图案，并沉积非磁性导电金属层；
22、进行角度探测功能测试，根据电桥a1与a2输出的正、余弦曲线以及电桥b1与b2输出的高、低电平信号，实现0～360度的全角度探测范围。
23、进一步的，光刻电桥a1与a2的磁阻条图案时，利用磁控溅射镀膜设备依次沉积ta(5nm)/nife(15nm)/ta(3nm)，制备出的惠斯通电桥饱和场≤100gs。
24、进一步的，光刻电桥b1与b2的磁阻条图案时，利用磁控溅射镀膜设备依次沉积ta(5nm)/irmn(12nm)/[nife(5nm)/irmn(12nm)]6/ta(3nm)，nife(5nm)/irmn(12nm)交替堆叠6个周期，制备出的电桥b1与b2的交换偏置场≥220gs，饱和场≥300gs。
25、进一步的，将传感器置于0～360度旋转变化的150gs恒定大小的外磁场环境中，进行角度探测功能测试。
26、进一步的，根据电桥b1与b2输出信号的高、低电平判别磁场方向以区分解算的角度区间处于0～180度还是180～360度。
27、本发明所达到的有益效果为：
28、本发明一种全角度探测范围各向异性磁阻角度传感器，通过集成两组互成45度的无barber电极的惠斯通电桥和两组互成90度的带barber电极的惠斯通电桥，实现了从0到360度的全角度探测范围，无需额外的霍尔元件或tmr单极性开关。
29、本发明一种全角度探测范围各向异性磁阻角度传感器，利用差分输出方式，可以有效抵消外界环境变化带来的测量误差，进行温度漂移补偿，同时提升器件的灵敏度和改善线性特性。
30、双饱和惠斯通电桥的同步输出工作模式，确保传感器在关键角度点的输出信号能够互相补偿，保持高灵敏度。
31、设计的冗余电压判定机制能够防止磁场方向的误判，尤其是在0度、90度、180度和270度附近。
32、本发明一种全角度探测范围各向异性磁阻角度传感器，相较于gmr和tmr传感器，amr传感器具有更低的磁滞和噪声，更简单的制备工艺，更低的成本，以及更高的可靠性和精度。
33、本发明一种全角度探测范围各向异性磁阻角度传感器，在同一芯片上集成了多种惠斯通电桥设计，提高了晶圆面积利用率，促进了传感器的小型化和集成化，便于安装和使用。
34、本发明一种全角度探测范围各向异性磁阻角度传感器，传感器不再需要多个传感器搭配使用，结构更加简单，使用方式更加灵活，安装方式更加便捷，特别适合于空间受限的场合。
35、本发明一种全角度探测范围各向异性磁阻角度传感器，传感器能够在粉尘、水、油、蒸汽、冲击和振动等恶劣环境中保持长期稳定的工作，适用范围广泛。
1.一种全角度探测范围各向异性磁阻角度传感器，其特征在于：从下到上依次包括衬底、amr薄膜和电极层；
2.根据权利要求1所述的一种全角度探测范围各向异性磁阻角度传感器，其特征在于：所述惠斯通电桥a1与a2的磁阻条宽度为5至30微米，磁阻条间隔为4至20微米，磁阻条薄膜厚度为10至50纳米，磁阻条长宽比为3:1至30:1。
3.根据权利要求1所述的一种全角度探测范围各向异性磁阻角度传感器，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的一种全角度探测范围各向异性磁阻角度传感器，其特征在于：所述惠斯通电桥b1与b2的amr薄膜结构通过铁磁材料与反铁磁材料交替堆叠生长，并利用交换偏置效应使薄膜磁矩方向被钉扎在磁阻条长边方向，从而进行磁场方向判别。
5.根据权利要求1所述的一种全角度探测范围各向异性磁阻角度传感器，其特征在于：还包括电压判定冗余值设置，用于电桥b1与b2的输出信号，确保在磁场极性改变时能够正确输出高电平或低电平，以实现准确的磁场方向判定。
6.一种制备如权利要求1至5任意一项所述的全角度探测范围的各向异性磁阻角度传感器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤
7.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于：光刻电桥a1与a2的磁阻条图案时，利用磁控溅射镀膜设备依次沉积ta(5nm)/nife(15nm)/ta(3nm)，制备出的惠斯通电桥饱和场≤100gs。
8.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于：
9.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于：
10.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于：
