[发明专利]巨磁阻的保护性导电层

说明书

技术领域

本发明涉及巨磁阻结构。尤其，本发明关于表现巨磁阻效应的结构以及融合所述结构的装置。该结构抵抗恶劣的环境条件，尤其适合于应用在汽车及其它交通工具中。

背景技术

磁阻(magnetoresistance)是一些材料的属性，当向这些材料施加外部磁场时，它们能够失去或获得电阻。“巨磁阻(GMR)元件”是本领域的术语，其用于薄膜结构，包括交替的铁磁和非磁性金属层，并且其表现出公知的巨磁阻效应。所述巨磁阻效应是在这种薄膜结构中观察到的一种量子机械效应。当各层的磁化平行时，电阻较低，与此相比，当随后的铁磁层磁化反向时，该效应表现出电阻显著增加。非磁性材料的电子自旋与外加等数量的磁场平行或反平行排列，因此，当铁磁层的磁化平行时，其很少遭受磁散射。

与已知的各向异性磁阻(AMR)、或各向异性磁阻效应相比，GMR效应较大。AMR效应指的是这样的事实，与磁化方向平行和垂直的磁化导体的电阻不同。所述AMR效应为体积效应，其只发生在单铁磁层中，这与具有交错的铁磁和非磁性金属层的薄膜结构相反。当AMR电阻器的电阻变化小于3％时，GMR材料可实现更大的变化，约10％-20％。

在磁性传感器的许多应用中，磁阻性元件，如镍铁被用于检测位于磁阻性材料平面内的磁场分量。为了监控材料电阻的变化，相关元件如放大器通常连接在一起形成电路，其提供表征位于感应元件平面内的磁场强度的输出信号。当所述电路设置于硅衬底上时，相关元件间的电连接可形成在硅表面上或通过位于元件之下及硅衬底体内的适当的掺杂区域。通过对导电材料进行处理，在元件之间形成导电通路，可以将位于所述硅表面上的各元件彼此连接起来。当通过位于硅衬底内的适当掺杂的区域，各元件彼此之间进行电连接时，通过用适当的杂质，如磷的、砷或硼对硅区域进行扩散可以形成导电通路，从而形成元件之间的导电连接。美国专利号NO.5667879以引用的方式在此被全文结合，其公开了一种设置在衬底上的AMR结构，以这种方式，从所述磁阻元件的上部和下部形成至所述磁阻材料的电连接。

随着GMR技术的不断演变，对于广大的工业领域而言，GMR材料变得日益有用和重要。例如，GMR材料通常被用于计算机存储器和硬盘驱动产品，但是新兴的市场包括非挥发性存储芯片、磁场传感器以及超高速隔离器。美国专利号NO.6426620教导了一种磁场感应元件。美国专利号NO.6175477教导了一种GMR自旋阀传感器(spin valvesensor)。美国专利号NO.6075361教导了一种GMR装置，其包括惠斯通(Wheatstone)桥。巨磁阻可应用于如动作检测器、电流互感器(currenttransformer)的装置，以及多种汽车传感器装置中。

虽然GMR设备具有广泛的应用，尤其在计算机工业中，但是这种设备通常不能抵抗恶劣状况，如引擎汽车环境。因此，利用现有的GMR工艺，已知的GMR设备在汽车装置中具有有限的用途，需要一种改进的GMR设备，其能够经受住这种汽车环境的需要。本发明就提供了满足这个需求的方案。

本发明提供了一种包括GMR元件的结构，该元件被保护层所包围，其保护GMR元件的GMR感应层免受环境的影响。例如，在标准的包含坡莫合金(permalloy)的AMR结构中，如美国专利号NO.5667879在图2(未按比例绘制)中所示，坡莫合金包括铁，其容易生锈。因此，提供了氮化钽(TaN)保护层用于保护铁免于生锈，即使在恶劣的环境中。本发明公开了一种类似结构，其能够保护复杂巨磁阻元件的临界层，允许在任何实际恶劣的环境中都能够使用GMR效应。

发明内容

本发明提供了一种结构，其包括：

a)衬底；

b)位于衬底表面上的第一非磁性敏感、导电、抗腐蚀层；

c)位于所述第一非磁性敏感、导电、抗腐蚀层表面上的多层巨磁阻元件，所述巨磁阻元件包括：

i)第一磁性敏感层；

ii)位于所述第一磁性敏感层表面上的非磁性敏感间隔层；以及

iii)位于所述间隔层表面上的第二磁性敏感层；以及

d)第二非磁性敏感、导电、抗腐蚀层，其中所述巨磁阻元件位于所述第一非磁性敏感、导电、抗腐蚀层和所述第二非磁性敏感、导电、抗腐蚀层之间，并与其中的每一个接触。

本发明还提供了一种装置，其包括：

a)衬底；

b)位于衬底表面上的第一非磁性敏感、导电、抗腐蚀层；

c)位于所述第一非磁性敏感、导电、抗腐蚀层表面上的多层巨磁阻元件，所述巨磁阻元件包括：