CN103197265B

CN103197265B - 穿隧磁阻参考单元及其磁场感测电路

Info

Publication number: CN103197265B
Application number: CN201210517405.3A
Authority: CN
Inventors: 王泳弘; 黄胜煌; 沈桂弘; 郭耿铭
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2012-01-04
Filing date: 2012-12-05
Publication date: 2015-09-30
Anticipated expiration: 2032-12-05
Also published as: TWI482984B; US20130168788A1; US8957487B2; CN103197265A; TW201329479A

Abstract

穿隧磁阻参考单元及其磁场感测电路。该穿隧磁阻参考单元用以感测磁场，包括第一MTJ(magnetic tunneling junction，磁性穿隧接面)装置与第二MTJ装置并联。该第一MTJ装置有第一固定层，其中该第一固定层在固定方向有第一固定磁矩，及在零磁场时，第一自由层有第一自由磁矩与该固定磁矩平行。该第二MTJ装置有第二固定层，其中该第二固定层在该固定方向有第二固定磁矩，及在一零磁场时，第二自由层有第二自由磁矩与该固定方向反平行。该第一MTJ装置及第二MTJ装置的长轴与感测到的外部磁场方向的夹角为45度。

Description

穿隧磁阻参考单元及其磁场感测电路

技术领域

本发明涉及磁场感测技术，特别涉及穿隧磁阻参考单元以及使用此穿隧磁阻参考单元的磁场感测电路。

背景技术

由于消费性电子产品像是智能手机的需求高涨，对于使用磁场感测技术电子罗盘的需求已逐渐提高。霍尔传感器(Hall sensor)及异向性磁电阻器(anisotropic magneto-resistor，AMR)传感器，将是该等最流行的磁场传感器，但都遭受对磁场的低灵敏度以及元件面积庞大的问题。使用穿隧磁阻(tunneling magneto-resistor，TMR)作为磁场传感器，比起该霍尔传感器以及ARM传感器，将能够受益于较高灵敏度和较小的元件面积。然而，该TMR对于磁场只能展现单轴向感测以及缺乏磁场反应线性度。因此，较难应用在电子罗盘上。

作为一磁场传感器的一典型TMR 100，如图1A及图1B所示。该TMR 100包括一由导电物质形成的下板，作为设置在一基板90上的一下电极，一磁性穿隧接面(Magnetic Tunneling Junction，MTJ)装置110设置在该下电极102上，以及一由导电物质形成的上板作为一上电极106，其中该上电极106设置在该MTJ装置110上。如该MTJ装置的该结构图所示，该MTJ能够定义出在一交叉点于中心处的十字线，其中该长度较长的线被称为一长轴(majoraxis)101以及该长度较短的线被称为一短轴(minor axis)103。一线被称为一易轴(easy-axis)180，与该长轴101共线。该MTJ装置包括一固定层(pinnedlayer)112，一穿隧层(tunneling layer)115及一自由层(free layer)116，亦即，其中该MJT装置110被夹在该下电极102及该上电极106之间。由磁性物质构成的该固定层112设置在该下电极102上方且有一第一固定磁矩114，与一固定方向平行。由非磁性物质构成的该穿隧层115设置在该固定层112上。由磁性物质构成的该自由层116设置在该穿隧层115上且有一第一自由磁矩118，初始与该易轴180平行。

在形成该M TJ装置(亦即，堆迭磁性薄膜及蚀刻图案)之前或之后，在一退火过程中通过施加磁场给该M TJ装置以设定该固定方向。在该退火过程后，由于形状异向性，该固定方向会与所施加磁场的方向平行，且该自由磁矩会与该易轴平行。因此，该TMR的该磁场感测方向与该易轴180垂直。此外，该磁性薄膜是典型的水平极化物质且受到一非常强烈去磁化场的困扰，该磁性薄膜内平面的自由层及固定层的磁矩活动力会受到局限。亦即，旋转在该水平面上的该自由磁矩是容易的，但该自由磁矩几乎不会与该磁性薄膜的平面垂直。因此，该TMR的典型架构仅可用于一单轴向磁场传感器。

图2A及图2B分别显示一互补穿隧磁阻(mutal supplement tunnelingmagneto-resistor，称作MS-TMR)沿其易轴上的线的剖面图、以及俯视图，其中该MS-TMR有良好的磁场反应线性度。在图2A和图2B中，该MS-TMR 150包括由导电物质形成的一下电极102，其中该下电极102设置在一基板90上，由导电物质形成的一上电极106，以及设置在该下电极102及该上电极106之间的第一磁性穿隧接面(MTJ)和第二磁性穿隧接面(MTJ)装置110a，110b。该第一MTJ和第二MTJ装置110a，110b有一共线，为易轴180。该第一MTJ装置110a包括一为磁性物质的第一固定层112a设置在该下电极102上且有着一第一固定磁矩114a与一固定方向140平行，其中固定磁矩114a与该易轴180有一夹角为45度。非磁性物质的一第一穿隧层115a设置在该第一固定层112a上。磁性物质的一第一自由层116a设置在该第一穿隧层115a上且有一第一自由磁矩118a，初始状态与该易轴180平行。该上电极106连接到该第一自由层116a。

该第二MTJ装置110b有着如该第一MTJ装置110a相同的构造图案和薄膜堆迭。该第二MTJ装置110b包括磁性物质的一第二固定层112b设置在该下电极102上且有一第二固定磁矩114b也与该相同固定方向140平行。非磁性物质的一第二穿隧层115b设置在该第二固定层112b上。磁性物质的一第二自由层116b设置在该第二穿隧层115b上且有一第二自由磁矩118b，初始状态与该易轴180平行，但与该第一自由磁矩118a反平行。该上电极106连接到该自由层116b。

一金属线108通过该等第一MTJ装置及第二MTJ装置110a，110b，且一设定电流可被用在该金属线108的周围产生一第一安培磁场。在此，举例来说，该金属线108通过该等第一MTJ装置及第二MTJ装置的上方；但该金属线也能通过该第一MTJ装置及第二MTJ装置的下方。该第一安培磁场分别用在该第一MTJ装置及第二MTJ装置(110a及110b)上，其中分别施加至该第一MTJ装置及第二MTJ装置(110a及110b)的该安培磁场与该易轴180平行但方向相反，因此该等第一及第二自由磁矩118a，118b被设定为反平行。

一磁场感测电路包括一TMR感测单元及一TMR参考单元。该TMR感测单元及TMR参考单元为相同结构，如图2A及图2B所示。当该磁场感测电路启动来感测一外部磁场，首先通过在该金属线中施加一可调电流，而将另一安培磁场施加在该TMR参考单元上，其中该金属线位在该TMR参考单元中的该第一MTJ装置及第二MTJ装置的上方或下方。该安培磁场使得在该TMR参考单元中的该MTJ装置的自由磁矩固定在该易轴上，以及该TMR参考单元等效上不会被所要感测的外部磁场影响，因此能固定住该TMR参考单元的电导(或电阻)值。对于操作该TMR参考单元，需要大调整电流来产生该磁场，且因此额外的功率消耗是无法避免的。一不需要额外功率消耗，即可操作的新颖TMR参考单元是需要的。

发明内容

本发明公开一种用以感测磁场的一穿隧磁阻参考单元，包括：一第一MTJ(磁性穿隧接面)装置与一第二MTJ装置并联。该第一MTJ装置包括：一第一固定层在一固定方向有一第一固定磁矩；及一第一自由层有一第一自由磁矩在零磁场时与该固定方向平行。该第二MTJ装置包括：一第二固定层在该固定方向有一第二固定磁矩；以及一第二自由层有一第二自由磁矩在零磁场时与该固定方向反平行。该第一MTJ装置及该第二MTJ装置的长轴与该感测到的外部磁场方向呈45度角。

根据本发明另一实施例，该实施例中的该TMR参考单元可做为一零磁场参考，其中该TMR参考单元的第一电导值对该外部磁场没有反应，用以建构一磁场感测电路。该磁场感测电路，包括：该TMR参考单元；一磁场感测单元包括一第三MTJ装置与一第四MTJ装置并联，其中该磁场感测单元的一第二电导值对该外部磁场有反应，其中一感测电流流入对该外部磁场有反应的该磁场感测单元；一电流镜输出一第一电流及一第二电流到该TMR参考单元及该磁场感测单元，其中该第一电流与该第二电流相等；且一信号转换放大单元与该磁场感测单元相连接，当感测到该外部磁场时该号转换放大单元产生对该磁场感测单元的电导变化有反应的一转换电流。该转换电流等于该感测电流减去该第二电流。

附图说明

图1A所示为用在磁场传感器的一典型TMR的剖视图；

图1B所示为图1A中用在磁场传感器的一典型TMR的俯视图；

图2A～图2B所示为根据已公开的现有技术的一互补穿隧磁阻，称为MS-TMR，的沿着在该易轴线上的剖视图以及俯视图；

图3A～图3B为根据一已公开的实施例的一TMR参考单元的上述图及剖面图；

图4A～图4B所示为该TMR参考单元200的该电导(G：(任意单位))变化，用微电磁模拟对施加的该磁场沿着该X轴及该Y轴作图；

图5A～图5C所示为分别沿着X轴

【主要元件符号说明】

90～基板

100～TMR(穿隧磁阻)

101～长轴

102～下电极

103～短轴

106～上电极

108～金属线

110(110a，110b)～磁性穿隧接面

112(112a，112b)～固定层

114(114a，114b)～固定磁矩

115(115a，115b)～穿隧层

116(116a，116b)～自由层

118(118a，118b)～自由磁矩

140～固定方向

150～互补穿隧磁阻

180～易轴

200～TMR参考单元

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～第二固定磁矩

204～上电极

203～下电极

205～基板

206～导线

207～电流方向

201a～第一固定层

201b～第一穿隧层

201c～第一自由层

202a～第二固定层

202b～第二穿隧层

202c～第二自由层

300～磁场感测电路

301～偏压单元

302～电流镜单元

303～信号转换放大单元

304，306，308(308a，308b)～TMR参考单元

305～X轴磁场感测单元

307～Y轴磁场感测单元

309～Z轴磁场感测单元

309a，309b～斜面

390～隆丘

400～辅助线

M1～第一MTJ装置

M2～第二MTJ装置

M3～第三MTJ装置

M4～第四MTJ装置

M5～第五MTJ装置

M6～第六MTJ装置

M7～第七MTJ装置

M8～第八MTJ装置

N1～N8～MTJ装置

OP1，OP2～运算放大器

R～电阻

L1～导线

V_M～电压源

A、B、C、D、E～节点

Q1～第一PMOS晶体管

Q2～第二PMOS晶体管

具体实施方式

以下将详细讨论本发明各种实施例的制造及使用方法。然而值得注意的是，本发明所提供的许多可行的发明概念可实施在各种特定范围中。这些特定实施例仅用于举例说明本发明的制造及使用方法，但非用于限定本发明的范围。

以下所述公开穿隧磁阻参考单元以及使用此穿隧磁阻参考单元的磁场感测电路；其中该穿隧磁阻参考单元在没有额外偏压电流或是磁性屏蔽的情况下能作为零磁场参考单元。根据公开的一实施例，图3A及图3B所示为一TMR(穿隧磁阻)参考单元的一俯视图及沿着易轴上A-A’及B-B’方向线段的一剖面图。

在图3A及图3B中，该TMR参考单元200有一第一MTJ(磁性穿隧接面)装置201及一第二MTJ装置202。一下电极203设置在一基板205上且该第一MTJ装置201及该第二MTJ装置202也设置在该基板上。一上电极204设置在该第一MTJ装置及第二MTJ装置201及202上，因此该第一MTJ装置201与该第二MTJ装置202并联。

该第一MTJ装置201包括由磁性物质形成的一第一固定层201a设置在该下电极203上及具有一第一固定磁矩201pm。由非磁性物质形成的第一穿隧层201b设置在该第一固定层201a上。由磁性物质形成的一第一自由层201c设置在该第一穿隧层201b上且具有一第一自由磁矩201fm。该上电极204连接到该第一自由层201c。

该第二MTJ装置202包括由磁性物质形成的一第二固定层202a设置在该下电极203上且具有一第二固定磁矩202pm。由非磁性物质所形成的一第二穿隧层202b设置在该第二固定层202a上。由磁性物质所形成的一第二自由层202c设置在该第二穿隧层202b上且有一第二自由磁矩202fm。该上电极204与该第二自由层202c相连。

应注意到该第一MTJ装置及第二MTJ装置201及202通过相同的制程同时制造出来，且该第一MTJ装置及第二MTJ装置201及202的该等长轴为平行。该第一MTJ装置及第二MTJ装置201及202的该第一及第二固定层201a及202a有着相同的磁矩方向。因此，该第一及第二固定磁矩201pm及202pm为沿着相同方向，并且沿着该长轴(线段A-A’及B-B’)。

举例来说，设定该自由层201c及202c的该等磁矩方向的方式为通过一安培场，其中该安培场是由流经过该导线206的电流所产生，其中该导线206设置在该第一MTJ装置及第二MTJ装置201及202的上方(或下方)。数字207表示用以设定该等自由磁矩初始方向的该导线206中电流的方向。如图3A所示，在施加该安培场后，该第一自由磁矩201fm与该第一固定磁矩201pm反平行且该第二自由磁矩202fm与该第二固定磁矩202pm平行。当一外部磁场施加在该TMR参考单元200的该等二个MTJ装置，该等MTJ装置其中之一的该电导(电阻)值会增加且另一个会减少。因此，该TMR参考单元200的总电导值不会因该外部磁场所改变，因此可当作一零磁场参考单元。

图4A与图4B显示基于微电磁模拟，相对于沿X轴及Y轴所施加的磁场，该TMR参考单元200的电导值G(arb.unit：任意单位)变化。如图4A及图4B所示，当该施加磁场在-15～+15Oe的范围，该TMR参考单元200的该电导值实质上是固定的，及该TMR参考单元200作为一零磁场参考单元时，比起该第一MTJ装置或第二MTJ装置(201或202)独自工作时，有更好的效能。

图5A～图5C所示为磁场感测电路，其中该磁场感测电路用来将沿着一X轴，Y轴及Z轴的所感测到的磁场分别转换成电信号。在图5A中，该磁场感测电路300包括一偏压单元301，一电流镜单元302，一信号转换放大单元303，一TMR参考单元304，及一磁场感测单元。图5A中，该TMR参考单元304与图3A及图3B中所描述的该TMR参考单元200结构相同。

在图5A中，该磁场感测单元为一X轴磁场感测单元305，及该TMR参考单元304的该下电极及该X轴磁场感测单元305与一节点C相连。该TMR参考单元304的该上电极与一节点D相连且该X轴磁场感测单元305的该上电极与一节点E相连。因此可以了解在这个例子中，该TMR参考单元304与该X轴磁场感测单元305，用来感测一外部磁场的X方向。然而如图5B及图5C所示，通过用该Y轴磁场感测单元307或是该Z轴磁场感测单元307取代该X轴感测单元305的方式，该磁场感测电路300也能够检测磁场的一Y方向及一Z方向。

该偏压单元301包括一分压器，一电压减法器电路及一电压源V_M。举例来说，在这实施例中，该分压器包括串连四个相同的电阻器。该分压器在节点A及节点B分别产生电压V_A(＝VDD/2)，以及V_B(VDD/4)。该电压减法器电路产生在节点C上的电压V_C提供到该TMR参考单元304的该下电极以及该X轴磁场感测单元305。

该电流镜单元302包括一电流镜及一箝压电路。该电流镜包括一第一PMOS晶体管Q1及一第二PMOS晶体管Q2。该第一PMOS晶体管Q1及该第二PMOS晶体管Q2的源极连接到该VDD上。该第一PMOS晶体管Q1的该漏极连接到该节点D，该第二PMOS晶体管Q2的该漏极连接到该节点E，该第一PMOS晶体管Q1的该栅极与该第二PMOS晶体管Q2的该栅极相连。该电流镜的输出电流为二相同电流I₁及I₂。该箝压电路包括一运算放大器OP1，其中该操作放大器的运作方式使得在该节点D上的电压V_D与在该节点E上的该电压V_E相等。该信号转换放大单元303包括一运算放大器OP2，其中该运算放大器OP2的一负输入端与该节点E相连，一正输入端与该节点A相连，以及一电阻R_M连接在该节点E与该节运算放大器OP2的该输出端之间。

该等两个MTJ装置在该TMR参考单元304中有反平行自由磁矩，在该X轴磁场感测单元305的该等两个MTJ装置也有反平行自由磁矩。因此当没有外部磁场时，该TMR参考单元304与该X轴磁场感测单元305有着相同的电导值。该电压V_D及V_E被箝制为相等，因此该电流I₁(＝I₂)与I₄(＝I₂+I₃)相等，其中由于没有外部磁场，该电流I₃为零。当一外部磁场施加在该磁场感测电路300上，该X轴磁场感测单元305的电导值因外部磁场而改变，然而该TMR参考单元304的电导值却无改变。因此，该电流I₄改变而与该电流I₁不再相等。因为该等电流I₁及I₂没有改变，该电流I₃导致该电流I₄的变化。因此该I₃将不是零且该I₃系反应该外部磁场。该磁场感测单元300的该输出电压V_OUT则反应该感测到的外部磁场。

在图5A中，该X轴磁场感测单元305的该易轴180(如图2B所示)与该Y轴平行及该TMR参考单元304的该易轴(线段A-A’及B-B’)与该Y轴的夹角为45度。该X轴磁场感测单元305有两个MTJ装置N1及N2。该MTJ装置N1有一固定磁矩与该易轴的夹角为45度角，及一自由磁矩与该易轴平行。该MTJ装置N2有一固定磁矩，其中该固定磁矩与该易轴的夹角为45度角，且自由磁矩与该易轴平行。该TMR参考单元304有一第一MTJ装置M1，一第二MTJ装置M2，及一导线L1有两线段分别设置在第一第二MTJ装置M1及M2的下方(或上方)及跨过该第一MTJ装置及第二MTJ装置M1及M2，其中该第一MTJ装置及第二MTJ装置M1及M2的该固定磁矩与该第一MTJ装置及第二MTJ装置M1及M2的该易轴平行。该第一MTJ装置M1的该自由磁矩与该第一MTJ装置M1的该固定磁矩反平行，该第二MTJ装置的该自由磁矩与该第二MTJ装置M2的该固定磁矩平行。MTJ装置M1及M2的该固定磁矩分别与MTJ装置N1及N2的该固定磁矩平行。MTJ装置M1及M2的该自由磁矩分别与MTJ装置N1及N2的该自由磁矩的夹角为45度角。该导线L1的该两个线段与该第一MTJ装置及第二MTJ装置M1及M2的该自由磁矩及该固定磁矩垂直。在图5B中，该Y轴磁场感测单元307的该易轴180(如图2B所示)与该X轴平行且该TMR参考单元306的该易轴(线段A-A’及B-B’)与该Y轴的夹角为45度角。该Y轴磁场感测单元307有两个MTJ装置M3及M4。该MTJ装置N3的一固定磁矩与该易轴的夹角为45度，且一自由磁矩与该易轴平行。该MTJ装置N2有一固定磁矩与该易轴的夹角为45度，及自由磁矩与该易轴平行。该TMR参考单元306有一第三装置M3，一第四MT装置M4，及一导线L2有两线段分别设置在该第三MTJ装置及第四MTJ装置M3及M4的上方(或下方)，其中该第三MTJ装置及第四MTJ装置M3及M4的该固定磁矩与该第三MTJ装置及第四MTJ装置M3及M4的该易轴平行。该第三MTJ装置M3的该自由磁矩与该第三MTJ装置M3的该固定磁矩平行，该第四MTJ装置M4的该自由磁矩与该第四MTJ装置M4的该固定磁矩反平行。MTJ装置M3及M4的该固定磁矩与MTJ装置N3及N4的该固定磁矩平行。MTJ装置M3及M4的该自由磁矩与MTJ装置N3及N4的该自由磁矩的夹角为45度。该导线L2的该两线段与该第三MTJ装置及第四MTJ装置M3及M4的该固定磁矩与该自由磁矩垂直。在图5C中，一辅助线400如图所示，与该X轴与该Y轴在XY平面上的夹角为45度。该Z轴磁场感测单元309的该易轴180(如图2B所示)与该辅助线400平行，但不限定于此。

在图5C中，该Z轴磁场感测单元309为两个磁场传感器的并联，其中该磁场传感器如图2B示的磁场传感器，包括MTJ装置N5到N8。该MTJ装置N5及N6的固定磁矩与该X轴平行，与该易轴的夹角为45度，且自由磁矩与该易轴平行。该MTJ装置N7及N8的固定磁矩与该Y轴平行，与该易轴的夹角为45度，且自由磁矩与该易轴平行。

在这实施例中，该TMR参考组308，为两个TMR参考单元(308a，308b)的并联，其中该等TMR参考单元(308a，308b)的并联与图3A中所述结构相同。该等两个TMR参考单元(308a，308b)分别设置在两个斜面309a及309b上。该等两斜面309a及309b在他们所设置该基底的该平面上有相同的角度且对一沟槽的该中轴或是该基板上的一隆丘(bulge)390翻转对称。该TMR参考单元308a包括两个MTJ装置M5及M6，及该TMR参考单元MTJ装置M7及M8。MTJ装置M5及M6的该固定磁矩与MTJ装置N5及N6的该固定磁矩平行，且MTJ装置M7及M8的该固定磁矩分别与MTJ装置N7及N8的该固定磁矩垂直。MTJ装置M5到M8的该自由磁矩分别与MTJ装置N5到N8的该自由磁矩的夹角为45度。一导线L3有四段分别设置在该等TMR参考单元308a及308b的该MTJ装置M5到M8的上方(或下方)，以及该等TMR参考单元308a及308b的该等MTJ装置的该等固定磁矩与该易轴平行，以及该导线L3的该四个线段与该TMR参考单元308a及308b的该等MTJ装置的该固定磁矩与该自由磁矩垂直。在施加该安培磁场后，该等MTJ装置M5及M7的该自由磁矩与该等MTJ装置M5及M7的该第一固定磁矩反平行，及该等MTJ装置M6及M8的该自由磁矩与该等MTJ装置M6及M8的该固定磁矩平行。

对该已公开的该TMR参考单元(202，304，306或308)无须引入额外电流，即可有一固定电导(电阻)值。使用该TMR参考单元(202，304，306或308)作为该磁场感测电路的一部分能减少功率消耗，且因此该磁场感测电路适合像是便携式的电子产品。

虽以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明的范围，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附权利要求书界定范围为准。

Claims

1.一种磁场感测电路，包括：

一穿隧磁阻参考单元，作为零磁场参考，具有第一电导，对外部磁场没有反应，该穿隧磁阻参考单元包括：第一磁性穿隧接面装置，包括：

第一固定层，具有在固定方向的第一固定磁矩；以及

第一自由层，具有在零磁场时与该固定方向平行的第一自由磁矩；以及

第二磁性穿隧接面装置，包括：

第二固定层，具有在该固定方向的第二固定磁矩；以及

第二自由层，具有在零磁场时与该固定方向反平行的第二自由磁矩；

其中该第一磁性穿隧接面装置及该第二磁性穿隧接面装置为并联；

磁场感测单元，包括第三磁性穿隧接面装置与第四磁性穿隧接面装置并联，具有第二电导对该外部磁场有反应，其中感测电流反应该外部磁场，而流通于该磁场感测单元中；

电流镜，输出第一电流及第二电流到该穿隧磁阻参考单元以及该磁场感测单元，其中该第一电流与该第二电流相等；以及

信号转换放大器单元，连接到该磁场感测单元，当感测该外部磁场时，产生反应该磁场感测单元的电导变化的转换电流，其中该转换电流等于该感测电流减去该第二电流。

2.如权利要求1所述的磁场感测电路，其中该磁场感测单元的易轴与该穿隧磁阻参考单元的易轴呈45度角；

该第三磁性穿隧接面装置及该第四磁性穿隧接面装置的固定磁矩与该磁场感测单元的该易轴呈45度角，以及该第三磁性穿隧接面装置及该第四磁性穿隧接面装置的自由磁矩与该磁场感测单元的该易轴平行；

该第一磁性穿隧接面装置及该第二磁性穿隧接面装置的该固定磁矩与该穿隧磁阻参考单元的该易轴平行，以及该第一磁性穿隧接面装置的该自由磁矩与该第一磁性穿隧接面装置的该固定磁矩为反平行；以及该第二磁性穿隧接面装置的该自由磁矩与该第二磁性穿隧接面装置的该固定磁矩平行。

3.如权利要求2所述的磁场感测电路，其中该第一磁性穿隧接面装置及该第二磁性穿隧接面装置的该固定磁矩分别与该第三磁性穿隧接面装置及该第四磁性穿隧接面装置的该固定磁矩平行，该第一磁性穿隧接面装置及该第二磁性穿隧接面装置的该自由磁矩分别与该第三磁性穿隧接面装置及该第四磁性穿隧接面装置的该自由磁矩呈45度角；以及，该感测电流的路径与该第一磁性穿隧接面装置及该第二磁性穿隧接面装置的该固定磁矩及该自由磁矩垂直。

4.如权利要求3所述的磁场感测电路，其中该磁场感测单元的易轴与该穿隧磁阻参考单元的易轴呈45度角；

该第三磁性穿隧接面装置及该第四磁性穿隧接面装置的固定磁矩与该磁场感测单元的该易轴呈45度角及自由磁矩与该磁场感测单元的该易轴平行；

该第一磁性穿隧接面装置及该第二磁性穿隧接面装置的该固定磁矩与该第一磁性穿隧接面装置及该第二磁性穿隧接面装置的该易轴平行，该第一磁性穿隧接面装置的该自由磁矩与该第一磁性穿隧接面装置的该固定磁矩平行，该第二磁性穿隧接面装置的该自由磁矩与该第二磁性穿隧接面装置的该固定磁矩反平行。

5.如权利要求4所述的磁场感测电路，其中该第一磁性穿隧接面装置及该第二磁性穿隧接面装置的该固定磁矩分别与该第三磁性穿隧接面装置及该第四磁性穿隧接面装置的该固定磁矩平行，该第一磁性穿隧接面装置及该第二磁性穿隧接面装置的该自由磁矩分别与该第三磁性穿隧接面装置及该第四磁性穿隧接面装置的该自由磁矩呈45度角；以及

该感测电流的路径与该第一磁性穿隧接面装置及该第二磁性穿隧接面装置的所述固定磁矩与所述自由磁矩垂直。

6.如权利要求1所述的磁场感测电路，其中该磁场感测单元还包括第五磁性穿隧接面装置及第六磁性穿隧接面装置与该第三磁性穿隧接面装置及该第四磁性穿隧接面装置并联；其中该第三磁性穿隧接面装置到该第六磁性穿隧接面装置的固定磁矩与易轴呈45度角及自由磁矩与该易轴平行。

7.如权利要求6所述的磁场感测电路，其中该穿隧磁阻参考单元还包括第七磁性穿隧接面装置及第八磁性穿隧接面装置与所述第一磁性穿隧接面装置及该第二磁性穿隧接面装置并联；其中

该第一磁性穿隧接面装置及该第七磁性穿隧接面装置及该第二磁性穿隧接面装置及该第八磁性穿隧接面装置分别设置在两个斜面上；

该第一磁性穿隧接面装置，该第二磁性穿隧接面装置，该第七磁性穿隧接面装置，及该第八磁性穿隧接面装置的固定磁矩与该易轴呈45度角且该自由磁矩与该易轴平行；

该第一磁性穿隧接面装置及该第七磁性穿隧接面装置的该自由磁矩与该第一磁性穿隧接面装置及该第七磁性穿隧接面装置的该固定磁矩反平行；

该第二磁性穿隧接面装置及该第八磁性穿隧接面装置的该自由磁矩与该第一磁性穿隧接面装置及该第七磁性穿隧接面装置的该固定磁矩平行；

该第一磁性穿隧接面装置及该第二磁性穿隧接面装置的该固定磁矩与该第三磁性穿隧接面装置及该第四磁性穿隧接面装置的该固定磁矩平行；

该第七磁性穿隧接面装置及该第八磁性穿隧接面装置的该固定磁矩与该第五磁性穿隧接面装置及该第六磁性穿隧接面装置的该固定磁矩垂直；

该第一磁性穿隧接面装置，该第二磁性穿隧接面装置，该第七磁性穿隧接面装置，及该第八磁性穿隧接面装置分别与该第三磁性穿隧接面装置到该第六磁性穿隧接面装置的该自由磁矩呈45度角；以及

该感测电流的路径与该穿隧磁阻参考单元上的该第一磁性穿隧接面装置、该第二磁性穿隧接面装置、该第七磁性穿隧接面装置、及该第八磁性穿隧接面装置的所述固定磁矩及所述自由磁矩垂直。