[发明专利]L10‑FePt基多层膜宽场线性磁电阻传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及磁电阻传感器领域，具体涉及一种L1₀-FePt基多层膜宽场线性磁电阻传感器及其制备方法。

背景技术

当今信息时代，人们在利用信息的过程中首先要准确可靠地获取信息，磁敏传感器(Magnetic sensors)作为信息获取与信息转换的重要手段，是信息科学最前端的阵地之一。传统的磁敏传感器主要基于Hall效应、各向异性磁电阻效应(AMR)等，具有体积大、灵敏度低、线性范围偏窄等缺点，很难做到高灵敏度和高集成的统一。目前，基于磁电阻效应(MR)的高性能新型磁敏传感器，具有线性响应好、灵敏度高、热稳定性好等特点，在很多领域正逐步取代传统的磁敏传感器，可广泛应用于信息技术、汽车电子技术、机电一体化控制等领域。

磁电阻传感器是近年来开始工业应用的新型磁敏传感器，其磁敏单元是磁电阻与外场(H)具有线性响应关系的磁性多层膜结构。通常，这种磁性多层膜的线性输出特性是通过顶部自由层和底部参考层磁矩的相互垂直设计(无外磁场时)来获得。然而，这类磁性多层膜的弱感应磁场的特点使其不能在高场下实现MR-H的线性响应，很难在较大位移测试仪、磁悬浮列车以及同步加速嵌入设备等感应外场通常会达到特斯拉级的宽场磁敏传感器设备中应用。

人们采用垂直各向异性磁性材料作为磁性多层膜的参考层设计出一种可以在宽场下获得MR-H线性响应的结构，多层膜底部参考层为垂直各向异性磁性材料，磁矩垂直膜面方向；顶部自由层为面内各向异性软磁材料，磁矩平行膜面方向。这种结构设计通过上下两个铁磁层磁矩自然形成垂直十字交叉结构来获得MR-H线性响应关系，参考层采用高矫顽力和大矩形比的垂直取向硬磁材料，不需要反铁磁钉扎和交换偏置作用即可实现宽场线性输出。这种设计的磁性多层膜具有制备工艺简单、两铁磁层磁矩能够自然垂直、线性响应范围大等特点，可以满足宽场线性传感器设备的需求。

目前，国内外有关垂直各向异性磁性材料为基的磁性多层膜宽场线性传感器的相关报道还很少。2000年，Mancoff等人首次报道了采用垂直各向异性材料作为底参考层的[Pt/Co/Pt/Pd]/Cu/Co/NiFe自旋阀磁电阻传感器，线性范围达到4000 0e，然而灵敏度非常低(约为0.1％/kOe)；随后Coey课题组研究了垂直取向Pt/CoFe磁性层自旋阀传感器的线性响应关系，但线性响应范围只有 500 0e；2009年，中科院物理所韩秀峰课题组采用垂直取向[Co/Pt]n薄膜和面内取向磁性材料分别作为磁性隧道结的参考层和自由层，选用AIO_x作为势垒层研究了薄膜的MR-H线性响应关系，在磁场+3000 0e至-400 0e(或-3000 0e至 +400 0e)内获得很好的线性响应，室温磁电阻比值达到22％，然而当外磁场超过[Co/Pt]n层的翻转场时，磁性隧道结电阻迅速减小，导致两条MR-H响应曲线出现交叉现象；最近Song等人在[Pd/Co]/MgO/Co隧道结中观察到外场为1.5T 的MR线性输出，最大MR比值为9.3％，但存在二度对称现象，即MR-H的线性响应在零场两侧镜面对称，这会使传感器信号系统不能区分外磁场方向与传感器自由层磁矩方向是平行还是反平行。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种L1₀-FePt基多层膜宽场线性磁电阻传感器及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

L1₀-FePt基多层膜宽场线性磁电阻传感器，所述传感器由基片、沉积于基片上的底层、磁性多层膜和保护层构成，基片为单晶MgO(001)，底层为Pt，磁性层为FePt/Cu/Fe，保护层为Pt。

为解决上述问题，本发明还提供了一种L1₀-FePt基多层膜宽场线性磁电阻传感器的制备方法，包括如下步骤：

S1、在磁控共溅室中安装纯度为99.98％的Fe靶、Pt靶和Cu靶，同时调节Fe靶、Pt靶和Cu靶的靶基距分别为15.3cm、16.0cm、14.0cm；

S2、将尺寸为1×1cm²的单晶MgO(001)装入共溅室，本底真空抽至8.0× 10^-5Pa，对单晶MgO(001)基片进行在线加温，加热至450℃，保温20min；

S3、通入Ar气，使工作气压保持在5-6Pa，当各工作靶位正常起辉后，将除Pt之外的其他靶灭辉，调节Ar气的工作气压至2.0Pa，Pt靶的直流溅射功率为10W，在此条件下溅射276s，沉积4nm的Pt底层；