磁传感器、磁场测量方法及磁传感器的制备方法

摘要

本申请涉及一种磁传感器、磁场测量方法及磁传感器的制备方法，磁传感器包括导体，导体呈十字形结构，且包括第一臂与第二臂，第一臂的长度大于第二臂的长度；导体包括薄膜层和衬底层，薄膜层置于衬底层的上表面，薄膜层的材料为氧化物单晶NiCo2O4薄膜；在第一臂上施加大于预设电流阈值的第一预设工作电流的情况下，磁传感器处于磁场测量状态，磁传感器用于测量与第一预设工作电流对应的量程范围内的磁场大小；不同的第一预设工作电流对应不同的量程范围；本实施例中的磁传感器支持多个不同量程范围的磁场测量，并通过控制磁传感器的工作电流调整磁传感器的量程范围，实现磁场探测的全面覆盖，集成化程度高，且利于磁传感器的微型化。

权利要求

1.一种磁传感器，其特征在于，所述磁传感器包括导体，所述导体呈十字形结构，且包括第一臂与第二臂，所述第一臂的长度大于所述第二臂的长度；所述导体包括薄膜层和衬底层，所述薄膜层置于所述衬底层的上表面，所述薄膜层的材料为氧化物单晶NiCo2O4薄膜；

在所述第一臂上施加大于预设电流阈值的第一预设工作电流的情况下，所述磁传感器处于磁场测量状态，所述磁传感器用于测量与所述第一预设工作电流对应的量程范围内的磁场大小；其中，不同的第一预设工作电流对应不同的量程范围；

在所述第一臂上施加小于或等于所述预设电流阈值的第二预设工作电流的情况下，所述磁传感器处于磁记录状态，所述磁传感器用于记录磁场方向。

2.根据权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，所述量程范围与所述第一预设工作电流呈正相关。

3.根据权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，所述量程范围与所述第一臂和所述第二臂的尺寸以及所述薄膜层的厚度相关。

4.根据权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，所述磁场方向由所述第二臂上的输出电压的正负来确定。

5.根据权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，所述衬底层的材料为MgAl2O4单晶基片，所述MgAl2O4单晶基片为001取向的单晶MgAl2O4基片。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的磁传感器，其特征在于，所述氧化物单晶NiCo2O4薄膜的厚度为10 20nm，所述第一臂的长度为50 200μm，所述第二臂的长度为20 50μm。

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7.一种磁场测量方法，其特征在于，所述方法包括：

将如权利要求1至6中任意一项所述的磁传感器置于待测量磁场中，在所述第一臂上施加第一预设工作电流；所述第一预设工作电流大于所述预设电流阈值；

测量所述第二臂两端的第一输出电压；

根据所述第一预设工作电流、与所述第一预设工作电流对应的灵敏度及所述第一输出电压，计算所述待测量磁场的磁场大小；所述灵敏度为根据所述第一预设工作电流从第一特性曲线中所确定的；所述第一特性曲线用于表征所述磁传感器在不同工作电流下的输出电压与待测量磁场之间的对应关系；

所述方法还包括：

在所述第一臂上施加第二预设工作电流；所述第二预设工作电流小于或等于所述预设电流阈值；

测量所述第二臂两端的第二输出电压；

根据所述第二输出电压的正负以及第二特性曲线，确定所述待测量磁场的磁场方向；

所述第二特性曲线用于表征所述磁传感器的输出电压与待测量磁场的磁场方向之间的对应关系。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一预设工作电流、与所述第一预设工作电流对应的灵敏度及所述第一输出电压，计算所述待测量磁场的磁场大小，包括：根据包含（U/(S*I)）的表达式，计算所述待测量磁场的磁场大小；其中，所述I为所述第一预设工作电流，所述S为与所述第一预设工作电流对应的灵敏度，所述U为所述第一输出电压。

9.一种磁传感器的制备方法，其特征在于，所述磁传感器的制备方法包括磁传感器的导体的制备方法，所述磁传感器的导体的制备方法用于制备如权利要求1至6中任意一项所述的磁传感器中的导体，所述磁传感器的导体的制备方法包括：将MgAl2O4单晶基片作为衬底层，并对所述MgAl2O4单晶基片进行清洗和真空退火处理；

‑

将磁控溅射系统的沉积腔抽至真空状态，直至所述沉积腔内的真空度不小于106

mTorr，并将所述沉积腔的温度升高至300℃ 400℃；

~

将所述MgAl2O4单晶基片放置在所述沉积腔中进行保温5~15min，再向所述沉积腔中通入保护气体，直至所述沉积腔内的气压达到150mTorr；

在所述沉积腔中的气压稳定在150mTorr之后，将所述氧化物单晶NiCo2O4在所述MgAl2O4单晶基片上进行薄膜生长，生成10~20nm厚度的氧化物单晶NiCo2O4薄膜；

在所述沉积腔的温度降至室温之后，向所述沉积腔内通入保护气体，得到MgAl2O4/ NiCo2O4薄膜异质结；

将所述MgAl2O4/ NiCo2O4薄膜异质结雕刻成十字形结构，生成所述导体；其中，所述十字形结构的第一臂的长度为50 200μm，所述十字形结构的第二臂的长度为20 50μm。

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10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述真空退火处理的温度为250℃ 350~‑4

℃，所述真空退火处理的时间为40min 80min，所述真空退火处理的真空压强为10 Pa。

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说明书

磁传感器、磁场测量方法及磁传感器的制备方法

技术领域

[0001] 本申请涉及磁场测量技术领域，特别是涉及一种磁传感器、磁场测量方法及磁传感器的制备方法。

背景技术

[0002] 磁传感器作为一种能够将磁场信号转化为其他可读取信号的电子元件，广泛应用于汽车工业、智能电网、地质勘探、生物医疗等诸多领域。随着磁场探测技术的发展，出现了不同类型的磁传感器，例如：霍尔传感器、各向异性磁电阻(anisotropic magnetoresistance，简称AMR)、巨磁阻(Giant Magneto Resistive，简称GMR)、隧穿磁阻 (tunnel magnetoresistance，简称TMR)磁场传感器、反常霍尔传感器、以及磁通门等。

[0003] 对于现有的不同类型的磁传感器，能够实现不同量程范围内的磁场测量，然而由于一些领域的磁场覆盖范围较广，为了实现对磁场探测的全面覆盖，往往需要结合多个不同量程范围的磁场传感器，来实现全覆盖的探测需求。

[0004] 但是，由于不同类型的磁传感器之间存在差异，因此，在将多个磁传感器进行装配以实现全覆盖探测的过程中，会存在装配兼容性以及装配得到的磁传感器体积过大的问题。

发明内容

[0005] 基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够实现多量程调节以实现全量程覆盖进行磁场探测以及实现磁传感器的微型化的磁传感器、磁场测量方法及磁传感器的制备方法。

[0006] 第一方面，本申请提供了一种磁传感器，该磁传感器包括导体，导体呈十字形结构，且包括第一臂与第二臂，第一臂的长度大于第二臂的长度；导体包括薄膜层和衬底层，薄膜层置于衬底层的上表面，薄膜层的材料为氧化物单晶NiCo2O4薄膜；

[0007] 在第一臂上施加大于预设电流阈值的第一预设工作电流的情况下，磁传感器处于磁场测量状态，磁传感器用于测量与第一预设工作电流对应的量程范围内的磁场大小；其中，不同的第一预设工作电流对应不同的量程范围。

[0008] 在其中一个实施例中，在第一臂上施加小于或等于预设电流阈值的第二预设工作电流的情况下，磁传感器处于磁记录状态，磁传感器用于记录磁场方向。

[0009] 在其中一个实施例中，量程范围与第一预设工作电流呈正相关。

[0010] 在其中一个实施例中，衬底层的材料为MgAl2O4单晶基片，MgAl2O4单晶基片为(001)取向的单晶MgAl2O4基片。

[0011] 在其中一个实施例中，氧化物单晶NiCo2O4薄膜的厚度为10~20nm，第一臂的长度为50 200μm，第二臂的长度为20 50μm。
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[0012] 第二方面，本申请还提供了一种磁场测量方法，该方法包括：

[0013] 将上述第一方面中的任一磁传感器置于待测量磁场中，在第一臂上施加第一预设工作电流；第一预设工作电流大于预设电流阈值；

[0014] 测量第二臂两端的第一输出电压；

[0015] 根据第一预设工作电流、与第一预设工作电流对应的灵敏度及第一输出电压，计算待测量磁场的磁场大小；灵敏度为根据第一预设工作电流从第一特性曲线中所确定的；第一特性曲线用于表征磁传感器在不同工作电流下的输出电压与待测量磁场之间的对应关系。

[0016] 在其中一个实施例中，根据第一预设工作电流、与第一预设工作电流对应的灵敏度及第一输出电压，计算待测量磁场的磁场大小，包括：

[0017] 根据包含（U/(S*I)）的表达式，计算待测量磁场的磁场大小；其中，I为第一预设工作电流，S为与第一预设工作电流对应的灵敏度，U为第一输出电压。

[0018] 在其中一个实施例中，该方法还包括：

[0019] 在第一臂上施加第二预设工作电流；第二预设工作电流小于或等于预设电流阈值；

[0020] 测量第二臂两端的第二输出电压；

[0021] 根据第二输出电压的正负以及第二特性曲线，确定待测量磁场的磁场方向；第二特性曲线用于表征磁传感器的输出电压与待测量磁场的磁场方向之间的对应关系。

[0022] 第三方面，本申请还提供了一种磁传感器的制备方法，该磁传感器的制备方法包括磁传感器的导体的制备方法，磁传感器的导体的制备方法用于制备上述第一方面中的任一磁传感器中的导体，该磁传感器的导体的制备方法包括：

[0023] 将MgAl2O4单晶基片作为衬底层，并对MgAl2O4单晶基片进行清洗和真空退火处理；

[0024] 将磁控溅射系统的沉积腔抽至真空状态，直至沉积腔内的真空度不小于10‑6
mTorr，并将沉积腔的温度升高至300℃ 400℃；
~

[0025] 将MgAl2O4单晶基片放置在沉积腔中进行保温5~15min，再向沉积腔中通入保护气体，直至沉积腔内的气压达到150mTorr；

[0026] 在沉积腔中的气压稳定在150mTorr之后，将氧化物单晶NiCo2O4在MgAl2O4单晶基片上进行薄膜生长，生成10~20nm厚度的氧化物单晶NiCo2O4薄膜；

[0027] 在沉积腔的温度降至室温之后，向沉积腔内通入保护气体，得到MgAl2O4/ NiCo2O4薄膜异质结；

[0028] 将MgAl2O4/ NiCo2O4薄膜异质结雕刻成十字形结构，生成导体；其中，十字形结构的第一臂的长度为50 200μm，十字形结构的第二臂的长度为20 50μm。~ ~

[0029] 在其中一个实施例中，真空退火处理的温度为250℃ 350℃，真空退火处理的时间~‑4
为40min 80min，真空退火处理的真空压强为10 Pa。
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[0030] 上述磁传感器、磁场测量方法及磁传感器的制备方法，该磁传感器包括导体，导体呈十字形结构，且包括第一臂与第二臂，第一臂的长度大于第二臂的长度；导体包括薄膜层和衬底层，薄膜层置于衬底层的上表面，薄膜层的材料为氧化物单晶NiCo2O4薄膜；在第一臂上施加大于预设电流阈值的第一预设工作电流的情况下，磁传感器处于磁场测量状态，磁传感器用于测量与第一预设工作电流对应的量程范围内的磁场大小；其中，不同第一预设工作电流对应不同的量程范围；也就是说，本实施例中提供的该结构的磁传感器能够支持多个不同的量程范围，且能够通过控制磁传感器的工作电流来调整磁传感器的量程范围，实现磁场探测的全面覆盖，且能够满足磁场探测的不同需求，适用范围广，量程调节灵活，操作便捷性高；相比于现有的多个量程范围的磁传感器的组合来实现全覆盖磁场测量来说，本实施例中的磁传感器仅需一个磁传感器即可实现对不同量程范围内的磁场的探测工作，且避免了多个量程范围的磁传感器进行组合装配时的兼容性问题和集成化程度的问题，本实施例中的多量程可控的磁传感器能够实现磁传感器的微型化，大大减小磁传感器的体积，还能减少材料成本。另外，本实施例中提供的该结构的磁传感器还能通过控制工作电流的大小来控制磁传感器的工作状态，实现不同的功能，即同时具备多量程可控的磁场探测功能和磁记录功能，功能性更强，集成化程度更高，且能适应多元场景应用。

附图说明

[0031] 图1为本申请实施例提供的磁传感器的结构示意图；

[0032] 图2为一个实施例中磁场测量方法的流程示意图；

[0033] 图3为一个实施例中磁传感器的第一特性曲线的结构示意图；

[0034] 图4为另一个实施例中磁场测量方法的流程示意图；

[0035] 图5为一个实施例中磁传感器的第二特性曲线的结构示意图；

[0036] 图6为一个实施例中磁传感器中导体的制备方法的流程示意图。

具体实施方式

[0037] 为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

[0038] 本申请实施例提供的磁传感器，适用于磁场测量技术领域，磁传感器即能够将磁场信号转化为其他可读取信号的电子元件，广泛应用于汽车工业、智能电网、地质勘探、生物医疗等诸多领域。目前商用最广泛的磁传感器是霍尔传感器。1879年，Edwin Hall在实验中发现，当把通电的导体置于垂直磁场下时，由于洛伦兹力的作用，沿纵向传输的传导电子会偏向导体的一侧形成累积，从而在导体的横向产生一个磁场成正比的额外电压，即霍尔电压，这就是正常霍尔效应(ordinary Hall effect，OHE)。OHE的发现，使得测量磁场大小变得十分简单方便。

[0039] 随着技术的发展，人们对磁场探测的精度和量程范围提出了更多更为明确的需求，比如fT级生物磁探测，uT级弱电流感应磁场探测等；传统霍尔传感器难以覆盖上述多元应用场景，因此，诸多新型磁场探测技术营运而上，包括各向异性磁电阻（AMR）、巨磁阻（GMR）、隧穿磁阻（TMR）磁场传感器、反常霍尔传感器、磁通门等。基于反常霍尔效应的磁场传感器相比于目前的半导体霍尔传感器的优势在于其灵敏度高、响应频率宽、并且具有较好的热稳定性；相比于传统的各向异性磁电阻（AMR）、巨磁阻（GMR）、隧穿磁阻（TMR）磁场传感器的优势在于工艺简单、无需偏置的设计、稳定性好、且灵敏度高。

[0040] 基于反常霍尔效应的磁场传感器材料具备以下几点特性：其反常霍尔输出曲线通过原点；在饱和场范围内表现为很好的线性度；随着外磁场的变化，其反常霍尔输出曲线变化要很明显，即表现为具有较高的灵敏度S，即曲线在量程范围内的斜率。然而目前现有反常霍尔传感器在线性度、量程等综合方面与磁阻型同类产品比较近似，仅在线性磁场探测领域缺乏绝对优势，且随着磁场检测需求的不断提升，人们对磁场传感器的集成度和多功能特性提出了更高的要求。尤其是对于磁场探测量程的要求，为了实现某些领域磁场探测的全面覆盖，对于现有的仅有一个量程范围的磁传感器而言，往往需要多个不同量程范围的磁场传感器组合起来才能满足全覆盖的磁场测量需求。然而，由于不同量程范围的磁传感器之间可能存在技术差异，在对多个不同量程的磁传感器进行装配时，存在装配兼容性问题以及装配后的磁传感器的微型化集成问题。

[0041] 因此，本申请实施例提供了一种磁传感器，该磁传感器基于反常霍尔效应，通过在衬底层上沉积氧化物单晶NiCo2O4薄膜，并设置成十字形结构，以此来作为磁传感器的导体，对外加磁场进行测量，该结构的磁传感器既能实现多量程可调节功能，也能实现磁记录功能；相比于现有技术中需要结合多个不同量程的磁传感器而言，通过本申请实施例中提供的一个磁传感器就能实现不同量程之间的调节，满足磁场测量的不同量程范围需求，另外，本申请实施例中的磁传感器还能实现磁传感器的微型化，集成化程度更高，体积更小。

[0042] 下面以具体的实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本申请的实施例进行描述。

[0043] 图1为本申请实施例提供的磁传感器的结构示意图。如图1所示，该磁传感器包括导体，导体呈十字形结构，且包括第一臂（十字形导体的长臂）与第二臂（十字形导体的短臂），第一臂的长度大于第二臂的长度；导体包括薄膜层（上层）和衬底层（下层），薄膜层置于衬底层的上表面，薄膜层的材料为氧化物单晶NiCo2O4薄膜；在第一臂上施加大于预设电流阈值的第一预设工作电流的情况下，磁传感器处于磁场测量状态，磁传感器用于测量与第一预设工作电流对应的量程范围内的磁场大小；其中，不同的第一预设工作电流对应不同的量程范围。

[0044] 可选地，本申请实施例中提供的磁传感器不仅能够实现量程可调的磁场测量功能，也能实现磁记录功能，对于该磁传感器而言，可以通过控制磁传感器的工作电流来控制磁传感器的功能；也就是说，在磁传感器的工作电流大于预设电流阈值的情况下，该磁传感器可以工作在量程可调的磁场探测工作模式，在磁传感器的工作电流小于或等于预设电流阈值的情况下，该磁传感器可以工作在磁记录工作模式。例如：该预设电流阈值可以为100μA，在磁传感器的工作电流大于100μA的情况下，磁传感器工作在磁场探测工作模式，在磁传感器的工作电流小于等于100μA的情况下，磁传感器工作在磁记录工作模式。

[0045] 可选地，由于外界环境因素的影响以及磁传感器的自身工艺的差异，对于两种不同工作模式的临界工作电流可能存在微小误差，因此，对于该预设电流阈值，还可以包括第一预设电流阈值和第二预设电流阈值，其中，第一预设电流阈值可以大于第二预设电流阈值；在磁传感器的工作电流大于该第一预设电流阈值的情况下，该磁传感器可以工作在量程可调的磁场探测工作模式，在磁传感器的工作电流小于或等于该第二预设电流阈值的情况下，该磁传感器可以工作在磁记录工作模式。

[0046] 可选地，在将该磁传感器置于待测量磁场下时，待测磁场方向与磁传感器的z方向（如图1所示，即垂直于磁传感器导体平面的方向）保持一致，在该磁传感器的第一臂（x方向）上施加大于预设电流阈值的第一预设工作电流的情况下，该磁传感器处于磁场测量状态，即该磁传感器工作在磁场探测工作模式；在磁场探测工作模式下，可以通过调节施加在第一臂上的第一预设工作电流的大小，来调整磁传感器的量程范围，即不同的第一预设工作电流可以对应不同的量程范围。可选地，该量程范围可以与第一预设工作电流的大小呈正相关，也就是说，在第一预设工作电流为恒定电流I1时，其对应量程为±H1；当第一预设工作电流增大为I2时，量程范围由±H1增大至±H2；当第一预设工作电流减小为I3时，量程范围由±H1减少至±H3。

[0047] 需要说明的是，在磁传感器的导体的第一臂和第二臂的尺寸、薄膜层的厚度不同的情况下，磁传感器对应的不同工作电流下的量程范围存在差异，也就是说，不同工作电流下的量程范围与该磁传感器的相关尺寸及制作工艺相关，实际应用过程中，可以根据实际需求灵活设置磁传感器的大小尺寸，本申请实施例对此并不做限定。另外，由于本申请实施例中的磁传感器的功能与衬底层无关，因此对于衬底层的材料类型也并不做具体限定。

[0048] 另外，在磁传感器的工作电流小于或等于预设电流阈值的情况下，该磁传感器可以工作在磁记录工作模式，也就是说，在磁传感器的第一臂上施加小于或等于预设电流阈值的第二预设工作电流的情况下，磁传感器处于磁记录状态，即该磁传感器工作在磁记录工作模式；在磁记录工作模式下，该磁传感器用于记录磁场方向；可选地，可以根据磁传感器的第二臂上的输出电压的正负来确定磁场的方向。

[0049] 本实施例中的磁传感器包括导体，导体呈十字形结构，且包括第一臂与第二臂，第一臂的长度大于第二臂的长度；导体包括薄膜层和衬底层，薄膜层置于衬底层的上表面，薄膜层的材料为氧化物单晶NiCo2O4薄膜；在第一臂上施加大于预设电流阈值的第一预设工作电流的情况下，磁传感器处于磁场测量状态，磁传感器用于测量与第一预设工作电流对应的量程范围内的磁场大小；其中，不同的第一预设工作电流对应不同的量程范围；也就是说，本实施例中提供的该结构的磁传感器能够支持多个不同量程范围的磁场测量，且能够通过控制磁传感器的工作电流来调整磁传感器的量程范围，实现磁场探测的全面覆盖，且能够满足磁场探测的不同需求，适用范围广，量程调节灵活，操作便捷性高；相比于现有的多个量程范围的磁传感器的组合来实现全覆盖磁场测量来说，本实施例中的磁传感器仅需一个磁传感器即可实现对不同量程范围内的磁场的探测工作，且避免了多个量程范围的磁传感器进行组合装配时的兼容性问题和集成化程度的问题，本实施例中的多量程可控的磁传感器能够实现磁传感器的微型化，大大减小磁传感器的体积，还能减少材料成本。另外，本实施例中提供的该结构的磁传感器还能通过控制工作电流的大小来控制磁传感器的工作状态，实现不同的功能，即同时具备多量程可控的磁场探测功能和磁记录功能，功能性更强，集成化程度更高，且能适应多元场景应用。

[0050] 在本申请的一个可选的实施例中，该磁传感器的衬底层的材料可以为MgAl2O4单晶基片，该MgAl2O4单晶基片可以为(001)取向的单晶MgAl2O4基片。另外，该磁传感器的薄膜层材料氧化物单晶NiCo2O4薄膜的厚度可以为10~20nm，该磁传感器的第一臂的长度可以为50~200μm，第二臂的长度可以为20 50μm。
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[0051] 在一个实施例中，提供了一种磁场测量方法，以该方法应用于图1中的磁传感器为例进行说明，本实施例涉及的是采用磁传感器进行磁场探测的一种可选的实现过程，如图2所示，包括以下步骤：

[0052] 步骤201，将磁传感器置于待测量磁场中，在第一臂上施加第一预设工作电流；其中，第一预设工作电流大于预设电流阈值。

[0053] 步骤202，测量第二臂两端的第一输出电压。

[0054] 步骤203，根据第一预设工作电流、与第一预设工作电流对应的灵敏度及第一输出电压，计算待测量磁场的磁场大小；其中，该灵敏度为根据第一预设工作电流从第一特性曲线中所确定的；第一特性曲线用于表征磁传感器在不同工作电流下的输出电压与待测量磁场之间的对应关系。

[0055] 基于上述磁传感器的结构和特性，可知，在磁传感器的工作电流大于预设电流阈值的情况下，磁传感器处于磁场测量状态，在磁场测量状态下，该磁传感器的第一特性曲线如图3所示，该第一特性曲线用于表征磁传感器在不同工作电流下的输出电压与待测量磁场之间的对应关系。

[0056] 具体地，将该磁传感器置于待测量磁场中，待测量磁场方向与磁传感器的z轴方向保持一致（如图1所示）；接着，向该磁传感器的第一臂（即x轴方向）上施加一大于预设电流阈值的第一预设工作电流，且该第一预设工作电流为恒流，在该磁传感器的第二臂（即y轴方向）两端采集第一输出电压U。在工作电流为恒定电流I1时，在磁场强度为H的垂直磁场作用下，其霍尔端（磁传感器的第二臂的两端）采集输出电压U=S1*H*I1，其中S1为传感器的灵敏度，即第一特性曲线中各个曲线中线性部分曲线的斜率。因此，可以根据计算公式H=U/(S1*I1)，计算得出相对应的外部磁场H的值，其对应量程为±H1；当工作电流从I1增大为I2时，传感器的灵敏度由S1减小至S2，量程由±H1增大至±H2；同样的，当工作电流从I1减小为I3时，传感器的灵敏度由S1增大至S3，量程由±H1减少至±H3。

[0057] 换句话说，在磁传感器的工作电流大于预设电流阈值的情况下，磁传感器工作在磁场探测工作模式，该磁场探测工作模式下，通过调节磁传感器的工作电流的大小，可以控制磁传感器的量程范围和灵敏度；即工作电流增大，磁传感器的量程范围增大，磁传感器的灵敏度减小；工作电流减小，磁传感器的量程范围减小，磁传感器的灵敏度增强；实现了磁传感器的量程范围和灵敏度的片内调节。

[0058] 在采用该磁传感器对待测量磁场进行磁场测量时，可以根据该第一特性曲线，选择合适的量程范围，并确定与该量程范围对应的第一预设工作电流I；接着，可以向该磁传感器施加该第一预设工作电流I，并测量得到该磁传感器的第一输出电压U；另外，根据该第一特性曲线，还可以确定出与该第一预设工作电流对应的第一灵敏度S，可以根据公式H=U/(S*I)、测量得到的第一输出电压U、施加的第一预设工作电流I、以及与该第一预设工作电流对应的第一灵敏度S，即可计算得到待测量磁场的磁场大小H。

[0059] 上述磁场测量方法中，将上述磁传感器置于待测量磁场中，在磁传感器的第一臂上施加大于预设电流阈值的第一预设工作电流，并测量磁传感器的第二臂两端的第一输出电压；根据第一预设工作电流、与第一预设工作电流对应的灵敏度及第一输出电压，计算待测量磁场的磁场大小；其中，灵敏度为根据第一预设工作电流从第一特性曲线中所确定的，第一特性曲线用于表征磁传感器在不同工作电流下的输出电压与待测量磁场之间的对应关系；也就是说，本申请实施例中的磁传感器能够支持多个不同量程范围的磁场测量，且能够通过控制磁传感器的工作电流来调整磁传感器的量程范围，实现磁场探测的全面覆盖，且能够满足磁场探测的不同需求，适用范围广，量程调节灵活，操作便捷性高；再者，采用本申请实施例中的磁传感器进行磁场测量时，只需测量磁传感器的输出电压，即可根据该磁传感器处于磁场测探工作模式下的第一特性曲线即可测量得到待测量磁场的大小，测量方式简单，操作便捷，测量结果的准确性较高。

[0060] 图4为另一个实施例中磁场测量方法的流程示意图。本实施例涉及的是采用上述磁传感器进行磁场方向测量的一种可选的实现过程，在上述实施例的基础上，如图4所示，上述方法还包括：

[0061] 步骤401，在第一臂上施加第二预设工作电流；第二预设工作电流小于或等于预设电流阈值。

[0062] 步骤402，测量第二臂两端的第二输出电压。

[0063] 步骤403，根据第二输出电压的正负以及第二特性曲线，确定待测量磁场的磁场方向；第二特性曲线用于表征磁传感器的输出电压与待测量磁场的磁场方向之间的对应关系。

[0064] 基于上述磁传感器的结构和特性，可知，在磁传感器的工作电流小于或等于预设电流阈值的情况下，磁传感器处于磁记录状态，在磁记录状态下，该磁传感器的第二特性曲线如图5所示，该第二特性曲线用于表征磁传感器的输出电压与待测量磁场的磁场方向之间的对应关系。

[0065] 在外加垂直磁场H的大小大于临界值+H0时，其在零磁场状态下霍尔端输出电压U与工作电流I的比值为恒定值S，此时降低或撤去垂直磁场H，S的值不会发生变化；当外加垂直磁场H反向增大至超过‑H0时，磁传感器的霍尔端输出电压U与工作电流的比值为‑S，此时降低或撤去垂直磁场H，该比值‑S不会发生变化，直到外加磁场H的大小增大至超过H0，磁传感器的霍尔端输出电压U与工作电流的比值再次转变为S；即该磁传感器具有磁状态（即磁场方向）记录功能。

[0066] 换句话说，基于图5可以看出，在外加垂直磁场H的大小大于临界值+H0，与小于临界值‑H0时，对应的磁传感器的输出电压的正负相反，也就是说，可以根据磁传感器的输出电压的正负情况，来确定外加磁场的磁场方向。

[0067] 可选地，将该磁传感器置于待测量磁场中，待测量磁场方向与磁传感器的z轴方向保持一致（如图1所示）；接着，向该磁传感器的第一臂（即x轴方向）上施加一小于或等于预设电流阈值的第二预设工作电流，且该第二预设工作电流为恒流，在该磁传感器的第二臂（即y轴方向）两端采集第二输出电压U；根据该第二输出电压U的正负情况，可以确定待测量磁场的磁场方向，并记录待测量磁场的磁场方向变化情况。

[0068] 本实施例中，将磁传感器置于待测量磁场中，在磁传感器的第一臂上施加小于或等于预设电流阈值的第二预设工作电流，并测量磁传感器的第二臂两端的第二输出电压；根据第二输出电压的正负以及第二特性曲线，确定待测量磁场的磁场方向；该第二特性曲线用于表征磁传感器的输出电压与待测量磁场的磁场方向之间的对应关系；也就是说，本申请实施例中的磁传感器不仅具备磁场探测功能，还具备磁记录功能，且通过通知施加在磁传感器上的工作电流即可实现不同功能的切换控制，操作简单便捷，功能切换灵活；另外，仅需根据输出电压的正负即可实现磁场方向的判断，实现磁记录，因此，磁记录功能的实现简单，测量可靠性高。

[0069] 在一个实施例中，提供了一种磁传感器的制备方法，该磁传感器的制备方法中包括磁传感器的导体的制备方法，磁传感器的导体的制备方法用于制备图1中的磁传感器中的导体，如图6所示，该磁传感器的导体的制备方法包括以下步骤：

[0070] 步骤601，将MgAl2O4单晶基片作为衬底层，并对MgAl2O4单晶基片进行清洗和真空退火处理。

[0071] 可选地，真空退火处理的温度为250℃ 350℃，真空退火处理的时间为40min‑4 ~ ~80min，真空退火处理的真空压强为10 Pa。优选地，可以对MgAl2O4单晶基片进行表面清洗‑4
和300℃真空（10 Pa）退火处理1小时。

[0072] 步骤602，将磁控溅射系统的沉积腔抽至真空状态，直至沉积腔内的真空度不小于‑610 mTorr，并将沉积腔的温度升高至300℃ 400℃。例如：可以将沉积腔温度升高至350℃。
~

[0073] 步骤603，将MgAl2O4单晶基片放置在沉积腔中进行保温5~15min，再向沉积腔中通入保护气体，直至沉积腔内的气压达到150mTorr。

[0074] 可选地，可以将MgAl2O4单晶基片放置在温度为350℃条件下进行保温10min，之后向沉积腔通入1:1体积的氩气与氧气的混合气体，直至沉积腔内所需生长气压为150mTorr。需要说明的是，该保护气体也可以是其他类型的气体或者混合气体，本实施例对此并不做限定。

[0075] 步骤604，在沉积腔中的气压稳定在150mTorr之后，将氧化物单晶NiCo2O4在MgAl2O4单晶基片上进行薄膜生长，生成10~20nm厚度的氧化物单晶NiCo2O4薄膜。

[0076] 可选地，用于生长NiCo2O4薄膜的陶瓷靶材可以采用纯度级别为4N的NiO粉、Co2O3粉制备而成：制备陶瓷靶材时，烧结温度均低于体系成相温度100～200℃。

[0077] 步骤605，在沉积腔的温度降至室温之后，向沉积腔内通入保护气体，得到MgAl2O4/ NiCo2O4薄膜异质结。

[0078] 可选地，在薄膜生长结束后待温度降至室温，可以向沉积腔内通入氮气至大气压开腔，得到MgAl2O4/ NiCo2O4薄膜异质结。

[0079] 步骤606，将MgAl2O4/ NiCo2O4薄膜异质结雕刻成十字形结构，生成导体；其中，十字形结构的第一臂的长度为50 200μm，十字形结构的第二臂的长度为20 50μm。~ ~

[0080] 与现有的磁传感器相比，通过上述步骤制备的磁传感器所具有的有益效果包括：

[0081] 相比于传统的磁场检测传感器件，具有可调磁场测量量程且具有磁记录功能的新型氧化物薄膜磁传感器的量程和灵敏度可由磁传感器的工作电流调节，可以灵活选择量程范围，准确测量外部磁场。

[0082] 相比于传统的集成型磁场传感器件，具有可调磁场测量量程且具有磁记录功能的新型氧化物薄膜磁传感器不仅能够测量不同量程范围的磁场，在低工作电流下还具有磁记录功能，实现了多种功能的一体化集成。

[0083] 相比于其他量程可变的微型化磁场传感器，该磁传感器的主要成分为氧化物，抗氧化耐腐蚀，无贵金属，成本较低，结构简单。

[0084] 应该理解的是，虽然如上所述的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上所述的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

[0085] 以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

[0086] 以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。