[发明专利]巨磁阻磁传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种传感器及制法，尤其是巨磁阻磁传感器及其制备方法。

背景技术

巨磁电阻效应是近10年来发现的新现象。当在具有巨磁效应的材料中通以恒定的高频电流时，外部微弱的磁场变化就能够引起材料阻抗的明显变化，其变化率可高达50％以上。由于巨磁阻材料优异的磁场敏感性，即使在外加的电子线路中不引入任何放大设备的情况下仍然能够保持探测的稳定性和可靠性，因此结合巨磁阻抗效应高灵敏度、高响应度的特点并将之应用于弱磁场探测器，将大幅度地提高方向探测的准确度和精确度。目前，人们为了获得具有巨磁阻效应的磁传感器，作了一些尝试和努力，如在2005年11月19日公开的中国发明专利申请公开说明书CN 1694275A中披露的一种“基于软磁多层膜巨磁阻抗效应的磁敏器件”。它意欲提供一种具有巨磁阻抗效应的磁传感器。该磁敏器件由带二氧化硅层的硅衬底、引脚、曲折状三明治结构的软磁多层膜和偏置永磁体组成，其中，引脚从多层膜两端的铜层引出，并设置在衬底上，整个曲折状三明治结构的软磁多层膜位于带二氧化硅层的硅衬底上，偏置永磁体用环氧胶水粘贴于磁敏器件的背面。使用时，通过永磁体对多层膜的巨磁阻抗效应曲线进行偏置，使磁敏器件工作在线性区域。但是，这种磁敏器件存在着不足之处，首先，难以使粘贴于磁敏器件背面的永磁体发出的磁场磁力线严格地平行于多层膜所在的平面，从而既降低了其对磁场响应的灵敏度和测试的精确度，又不能保证其成为批量产品时的性能和质量的整齐划一；其次，环境或工作温度的升高，也易使环氧胶水软化，造成永磁体的位移，进而影响其灵敏度和精确度；再次，恶劣的工作场所，如处于抖动或震动的工作环境中，也易使永磁体脱落，而使其丧失功能；最后，作为提供偏置磁场的永磁体，一旦粘贴于磁敏器件背面后，其磁场强度就无法再行调整，从而使磁敏器件的使用环境和适用范围均受到了较大的限制。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种有着较高的精度和灵敏度、质量稳定，易于工业化生产的巨磁阻磁传感器及其制备方法。

巨磁阻磁传感器包括基片和其上的绝缘层、夹裹有导电层的铁磁层，特别是所说夹裹有导电层的铁磁层外套装有线圈，所说线圈和铁磁层均由绝缘层裹覆。

作为巨磁阻磁传感器的进一步改进，所述的线圈为溅射工艺形成的微型螺线管，其长、宽和高的尺寸分别为20～2000微米、10～2000微米和10～100微米；所述的线圈的绕制方向为垂直于导电层的电流方向；所述的基片为硅片或石英片或蓝宝石片或碳化硅片。

巨磁阻磁传感器的制备方法包括基片的清洁和于其上进行的掩模、光刻或离子刻蚀、半导体薄膜加工工艺，特别是它是按以下步骤完成的：(a)先使用掩模、光刻或离子刻蚀工艺于基片上刻制线圈下层导线的阵列图形，再使用直流磁控溅射工艺于其上溅射金属材料生成线圈下层导线阵列；(b)先于基片上的线圈下层导线阵列的每根导线的两端部使用掩模工艺，再使用射频磁控溅射工艺或等离子增强化学气相淀积工艺于覆有线圈下层导线阵列的基片上生成下绝缘层；(c)使用半导体薄膜加工工艺于下绝缘层上生成由铁磁层、导电层和铁磁层构成的磁电阻传感器；(d)使用射频磁控溅射工艺或等离子增强化学气相淀积工艺于覆有磁电阻传感器的下绝缘层上生成中绝缘层，同时在生成中绝缘层的过程中配合使用掩模工艺来于基片上的线圈下层导线阵列的每根导线的两端部处的中绝缘层中生成空心柱；(e)使用直流磁控溅射工艺于中绝缘层中的空心柱处溅射金属材料生成线圈竖直导线；(f)先使用掩模、光刻或离子刻蚀工艺于中绝缘层上刻制线圈上层导线的阵列图形，再使用直流磁控溅射工艺于其上溅射金属材料生成线圈上层导线阵列，并使线圈上层导线阵列的每根导线的两端部分别与中绝缘层中的线圈竖直导线电连接；(g)使用射频磁控溅射工艺或等离子增强化学气相淀积工艺于覆有线圈上层导线阵列的中绝缘层上生成上绝缘层，从而制得巨磁阻磁传感器。