[发明专利]一种氮化铝/硅/电可调磁性膜压电驱动结构及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氮化铝/硅/电可调磁性膜压电驱动结构，包括压电驱动层、硅结构层和电可调磁性膜，所述压电驱动层和电可调磁性膜分别位于硅结构层的上、下表面，所述压电驱动层自下而上依次设有包括底电极、氮化铝层和顶电极，当调控磁场时，在底电极和顶电极之间加载交流电压信号，氮化铝层中产生交流驱动电场并在应力轴方向产生周期性的应变，带动硅结构层产生周期性应变，应变传递至电可调磁性膜，电可调磁性膜的磁导率发生周期性变化，实现对磁场的调控，本发明具有驱动电压低、电滞小且磁场调控效率高的优点。

技术领域

本发明涉及磁电耦合、弱磁传感器等技术领域，具体涉及一种可用于高灵敏磁传感器的氮化铝/硅/电可调磁性膜压电驱动结构及其制备方法。

背景技术

磁电阻传感器（GMR传感器、TMR传感器等）具有灵敏度高、体积小、易于批量生产等优势，在航空航天、目标探测、资源勘探等领域具有广阔的应用前景。磁电阻传感器因受到低频1/f噪声的制约，在低频或静态磁场探测能力较差。而磁通调制技术的发展为抑制磁电阻传感器低频1/f噪声提供了有效技术手段，通过将被测低频磁场信号调制为高频磁场，再通过高通滤波器滤除低频1/f噪声，大大抑制了低频1/f噪声的影响。传统的磁通调制技术主要是通过微机械结构驱动磁性薄膜周期性振动的方式对被测磁场进行调制，因需要同时实现高调制频率和高调制效率，要求驱动结构具有较高的谐振频率和较大的谐振振幅，这对微机械结构的材料体系选择、结构设计制备及谐振控制都提出了很高的要求，实现难度很大。磁通电调控技术的出现，一改通过机械振动进行调制的方式，利用压电/磁复合材料结构的磁电耦合效应，周期性改变磁性材料的磁导率，进而对被测磁场进行调制，更易于实现高调制频率。然而，目前常见的基于PZT、PMNPT等压电材料的磁性调控方式，存在驱动电压高、电滞大、工艺加工复杂等问题，由于现有技术采用压电材料的机械阻尼较高，压电材料厚度大，能够实现的品质因数不高，实际应用受限很大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种驱动电压低、电滞小且磁场调控效率高的一种氮化铝/硅/电可调磁性膜压电驱动结构及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种氮化铝/硅/电可调磁性膜压电驱动结构，包括压电驱动层、硅结构层和电可调磁性膜，所述压电驱动层和电可调磁性膜分别位于硅结构层的上、下表面，所述压电驱动层自下而上依次设有包括底电极、氮化铝层和顶电极，当调控磁场时，在底电极和顶电极之间加载交流电压信号，氮化铝层中产生交流驱动电场并在应力轴方向产生周期性的应变，带动硅结构层产生周期性应变，应变传递至电可调磁性膜，电可调磁性膜的磁导率发生周期性变化，实现对磁场的调控。

作为对上述技术方案的进一步改进：

所述硅结构层包括硅基底层和分别位于硅基底层上下表面的绝缘层。

所述底电极为直接生长在硅结构层上的金属层。

优选地，所述底电极采用Cr或Mo制备而成。

所述氮化铝层为直接生长底电极上的氮化铝。

所述氮化铝层为（002）晶向。该种晶向的氮化铝具有更高的机电耦合系数，压电性能更好。

所述顶电极为直接生长氮化铝层上的金属层。

优选地，所述顶电极采用Cr或Mo或Au制备而成。

所述电可调磁性膜采用具有高磁致伸缩系数的软磁材料制备而成。

优选地，所述电可调磁性膜采用FeSiBPC或FeGaB制备而成。

优选地，所述底电极和顶电极的厚度为200nm~500nm，所述氮化铝层的厚度为500nm~1μm。

优选地，所述硅基底层的厚度为200μm~300μm，所述绝缘层的厚度为200nm~600nm。