[发明专利]一种电压可调控的各向异性磁阻传感器及其制备方法

说明书

一种电压可调控的各向异性磁阻传感器及其制备方法，属于自旋电子传感器技术领域。所述磁阻传感器包括基片，以及依次形成于基片之上的[非磁性金属氧化薄膜/磁性调控层/磁性响应层]_n的多层薄膜和非磁性重金属薄膜，其中，n≥1。本发明提供的一种电压可调控的各向异性磁阻传感器在实现良好的传感特性的同时，还具有磁场探测范围和磁电阻变化率同时可调的特性，可广泛应用于转速控制、角度控制、磁场探测和磁开关等智能控制领域。

技术领域

本发明属于自旋电子传感器技术领域，具体涉及一种电压可调控的各向异性磁阻传感器及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的进步以及信息化社会的不断发展，一些传统的产业，如工业、农业、信息产业等领域，开始由人工操作模式快速变革至人工智能、精准操作的模式。此时，智能设备的需求量急剧上升，智能监测传感器的需求也迅速增加。同时，工作环境的复杂化使得传感器受到越来越多的干扰因素，传感器功能固定、不可调控等限制了装配设备的广泛应用，因此，寻找一种工作状态可调的传感器显得尤为重要。

基于各向异性磁电阻(AMR)效应的磁传感器凭借其完善的技术，已广泛应用于汽车电子、智能控制等工业领域，数码、电器等生活应用方面也有其身影。然而，传统的AMR传感器基于具有各向异性的磁性材料形成磁电阻器件，器件结构一旦确定，探测磁场范围和磁电阻变化率等性能参数无法更改，功能固化。

目前，存在电压可调控的磁电阻器件，其利用“氧化层/自由层/氧化层/钉扎层”，或者“保护层/自由层/氧化层/钉扎层”多层膜结构中的隧道磁电阻(MTJ)效应，在外加电压下，自由层的磁性原子的3d轨道电子与氧化层的氧离子的2p轨道电子杂化，自由层的磁各向异性场发生改变，因此，隧道结的自由层与钉扎层之间反平行状态维持，磁场探测区间变化，使得隧道磁电阻效应的曲线变化。这种方法具有较大的磁阻效应，且体积较小，但是磁隧道结器件的工艺复杂，电压易击穿隧道结，导致其不易应用于可调磁电阻传感器领域。此外，还存在基于“磁性层/压电层”的磁电耦合传感器，基于磁性层的磁致伸缩和压电层的应力耦合作用，可实现电压对磁性层各向异性场大小的调节，从而调节传感器的磁场探测范围。但是，这两类磁阻传感器均无法实现对磁电阻变化率的电压调控，很多实际应用急需磁电阻变化率可电压调节的磁阻传感器件。

发明内容

本发明的目的在于，针对背景技术存在的缺陷，提出一种结构简单、成本低廉、电压可调控的各向异性磁阻传感器及其制备方法，该磁阻传感器具有磁场探测范围和磁电阻变化率同时可调的特性，可广泛应用于转速控制、角度控制、磁场探测和磁开关等智能控制领域。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种电压可调控的各向异性磁阻传感器，其特征在于，所述磁阻传感器包括基片，以及依次形成于基片之上的[非磁性金属氧化薄膜/磁性调控层/磁性响应层]_n的多层薄膜和非磁性重金属薄膜，其中，n≥1。

进一步地，所述非磁性金属氧化薄膜的材料为氧化镁(MgO)、氧化锌(ZnO)、氧化硼(B₂O₃)、氧化钛(TiO₂)、氧化镝(DyO)或其它离子氧化物等，用于辅助调控[磁性调控层/磁性响应层]的饱和磁化强度；非磁性金属氧化薄膜的厚度为10nm～20μm。

进一步地，所述磁性调控层和磁性响应层的材料为坡莫合金(NiFe)、钴(Co)、钴铁(CoFe)、钴铁硼(CoFeB)或镍钴(NiCo)等；所述磁性调控层和磁性响应层的厚度为1nm～1μm；所述磁性调控层和磁性响应层可选用相同或不同的材料及厚度。

进一步地，所述非磁性重金属薄膜为强自旋轨道耦合材料，具体为钽(Ta)、铂(Pt)、金(Au)、钨(W)或Bi₂Te₃等，用于调整磁性响应层的界面各向异性场大小；非磁性重金属薄膜的厚度为1nm～20nm。