[发明专利]一种用于交换偏置型磁电阻传感器元件的多层膜材料

说明书

技术领域

本发明属于磁电阻传感器技术领域，特别是提供一种交换偏置型磁电阻传感器元件。

技术背景

利用各向异性磁电阻效应(Anisotropic Magnetoresistance，AMR)可制作磁栅尺位移传感器、磁电子罗盘、速度传感器、电流传感器等等。AMR传感器可用于无接触测量，而且响应速度快、功耗小、温度稳定性好等。

目前常用的AMR传感器主要是Ta/NiFe/Ta薄膜，其优点是灵敏度高，缺点是磁电阻比值(3％)和饱和场(10Oe)都较小，不适于在较高磁场(100-200Oe)下使用。而本发明中的Ta/NiCo/Ta薄膜材料具有高的磁电阻比值(4.6％)和大的饱和场(40Oe)，可以弥补Ta/NiFe/Ta薄膜材料的不足(张辉，滕蛟，马纪东，于广华，胡强.Ta种子层厚度及溅射速率对Ta/Ni₆₅Co₃₅双层膜各向异性磁电阻和矫顽力的影响.北京科技大学学报，2005，27，458-46)。因此，它们是具有不同用途的两种AMR材料。

对于基于Ta/NiFe/Ta薄膜材料的AMR传感器，为改善传感器性能，还需采用措施使元件保持为单畴状态，方法主要有：

Barber Pole偏置方法。采用Barber Pole导电斜条产生的磁场来保持单畴状态。该方法工艺简单有效，缺点是对短的元件效果不大，而且对于低功耗要求的传感器则不能采用。硬磁稳定场方法。在元件两端放置两个硬磁块，利用这两个硬磁块之间的磁场使元件保持单畴态，缺点是硬磁块易退磁，而且工艺复杂，比Barber Pole偏置方法多至少一次曝光刻蚀过程，硬磁块之间的磁场要经过多次实验进行优化。(Mapps D J.Magnetoresistivesensors.Sensors and Actuators A，1997，59：9-19)

在本发明中，为使元件保持单畴状态，只需插入一层FeMn薄膜即可。和Barber Pole偏置方法相比，制造工艺基本一致，但对工艺的要求降低；和硬磁稳定场方法相比，则减少了至少一次曝光刻蚀过程和相应的优化实验。因此，工艺比前两种方法简单。

发明内容

本发明的目的在于克服以上缺点而提供的一种用于交换偏置型磁电阻传感器元件的多层膜材料。

一种用于交换偏置型磁电阻传感器元件的多层膜材料，其是Ta/NiCo/Ta多层膜中插入FeMn层制得Ta/NiCo/FeMn/Ta多层膜材料。

进一步，上述的用于交换偏置型磁电阻传感器元件的多层膜材料，NiCo合金成分为Ni65Co35，厚度为10-500nm；

一种交换偏置型磁电阻传感器元件，其包含上述的多层膜材料。

最后，上述的交换偏置型磁电阻传感器元件，通过磁控溅射在所述的Ta/NiCo/FeMn/Ta多层膜结构元件上沉积一层Au电极薄膜，厚度为10-2000nm，经光学曝光、离子刻蚀后制得Au电极层。

本发明的具体方法如下：

采用磁控溅射方法在Si片上制备Ta/NiCo/FeMn/Ta多层膜，制备过程中使用循环水冷却。靶材为Ta、NiCo、FeMn靶。成膜时，在平行于Si片表面方向加有16kA/m的诱导磁场，Si片以20转/秒的速度旋转。本底真空优于5×10^-5Pa，溅射气压为0.3Pa。薄膜厚度由溅射时间控制。溅射速率为0.10-0.15nm/s。经过涂胶、紫外曝光和离子刻蚀，得到Ta/NiCo/FeMn/Ta多层膜结构元件。

还有，采用磁控溅射方法在Ta/NiCo/FeMn/Ta多层膜结构元件上沉积Au薄膜，制备过程中使用循环水冷却。靶材为Au靶。成膜时，Si片以20转/秒的速度旋转。本底真空优于1×10^-4Pa，溅射气压为0.3Pa。薄膜厚度由溅射时间控制。溅射速率分别为0.15nm/s。经过涂胶、紫外曝光和离子刻蚀，得到Au电极层。至此，制得磁电阻传感器元件。

在本发明中，NiCo合金成分为Ni₆₅Co₃₅，厚度为10-500nm；FeMn合金成分为Fe₅₀Mn₅₀，为反铁磁性合金，其厚度为5-200nm，Ta层厚度为2-10nm，Au电极层厚度为10-2000nm。