[发明专利]三轴隧穿磁电阻传感器及其制备方法、使用方法

权利要求书

1.一种三轴隧穿磁电阻传感器，其特征在于，包括上电极、下电极以及所述上电极与所述下电极之间的垂直磁各向异性隧道结；

所述垂直磁各向异性隧道结用于在电场调控效应下，感应不同方向的磁矩矢量；

还包括：压电薄膜；

所述垂直磁各向异性隧道结包括：铁磁参考层、隧穿绝缘层以及铁磁自由层；

所述压电薄膜设置于所述下电极与所述铁磁参考层之间，所述压电薄膜在被施加可调控电场的条件下改变所述垂直磁各向异性隧道结的铁磁参考层的磁各向异性，使得所述垂直磁各向异性隧道结能够感应不同方向的磁矩矢量；

所述垂直磁各向异性隧道结的形状为矩形或椭圆形，所述垂直磁各向异性隧道结的面内易轴方向沿矩形的长边方向或椭圆形的长轴方向。

2.根据权利要求1所述的三轴隧穿磁电阻传感器，其特征在于，所述压电薄膜被施加的可调控电场的强度至少根据以下条件之一确定：

垂直磁各向异性隧道结的材料和晶格结构；

垂直磁各向异性隧道结的形状和尺寸；

垂直磁各向异性隧道结中铁磁参考层、隧穿绝缘层、铁磁自由层之间的界面质量。

3.一种三轴隧穿磁电阻传感器的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

在基底上生长作为下电极的导电层；

在所述作为下电极的导电层上生长压电薄膜；

在所述压电薄膜上制作垂直磁各向异性隧道结；

在所述垂直磁各向异性隧道结上生长作为上电极的导电层，形成磁阻膜堆结构；

其中，所述在所述压电薄膜上制作垂直磁各向异性隧道结，包括：

在所述压电薄膜上依次生长铁磁参考层、隧穿绝缘层及铁磁自由层，形成垂直磁各向异性隧道结；

所述压电薄膜用于在被施加可调控电场的条件下改变所述垂直磁各向异性隧道结的铁磁参考层的磁各向异性，使得所述垂直磁各向异性隧道结能够感应不同方向的磁矩矢量。

4.根据权利要求3所述的三轴隧穿磁电阻传感器的制备方法，其特征在于，所述铁磁参考层、隧穿绝缘层及铁磁自由层的材料分别采用CoFeB、MgO、CoFeB；或者

所述铁磁参考层、隧穿绝缘层及铁磁自由层的材料分别采用CoFeB、Al₂O₃、CoFeB；或者

所述铁磁参考层、隧穿绝缘层及铁磁自由层的材料分别采用CoFeB、MgO、CoFe。

5.根据权利要求3所述的三轴隧穿磁电阻传感器的制备方法，其特征在于，所述压电薄膜的材料采用PMN-PT、PZN-PT、PIN-PMN-PT、PZT、PbTiO3、PbNbO3、PVDF、LiNbO3、TiSrO3、掺杂Sm的PMN-PT中的任意一种。

6.根据权利要求3所述的三轴隧穿磁电阻传感器的制备方法，其特征在于，所述在基底上生长作为下电极的导电层，包括：

在基底上沉积生长Ta层和CuN层，形成Ta层与CuN层交替的导电层。

7.根据权利要求3所述的三轴隧穿磁电阻传感器的制备方法，其特征在于，所述在所述垂直磁各向异性隧道结上生长作为上电极的导电层，包括：

在所述铁磁自由层上沉积生长Ta层，在Ta层上覆盖Ru层。

8.根据权利要求3所述的三轴隧穿磁电阻传感器的制备方法，其特征在于，所述方法还包括：

对所述磁阻膜堆结构进行微纳加工，采用光刻、蒸镀和剥离的工艺在所述磁阻膜堆结构的表面形成连接外电路的蒸镀电极。

9.一种三轴隧穿磁电阻传感器的使用方法，所述三轴隧穿磁电阻传感器为权利要求1或2中任一项权利要求所述的三轴隧穿磁电阻传感器，其特征在于，所述方法包括：

在所述三轴隧穿磁电阻传感器的铁磁参考层和下电极施加电压；

调节施加在所述铁磁参考层和下电极的电压强度，以改变所述三轴隧穿磁电阻传感器的磁矩感应方向。

10.根据权利要求9所述的三轴隧穿磁电阻传感器的使用方法，其特征在于，所述调节施加在所述铁磁参考层和下电极的电压强度，包括：

至少根据以下条件之一确定施加在所述铁磁参考层和下电极的电压强度：

所述三轴隧穿磁电阻传感器的材料和晶格结构；

所述三轴隧穿磁电阻传感器的形状和尺寸；

所述三轴隧穿磁电阻传感器中铁磁参考层、隧穿绝缘层及铁磁自由层之间的界面质量。