專利名稱：一種用于交換偏置型磁電阻傳感器元件的多層膜材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于磁電阻傳感器技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供一種交換偏置型磁電阻傳感器元件。 技術(shù)背景利用各向異性磁電阻效應(Anisotropic Magnetoresistance， AMR)可制作磁柵尺位移傳 感器、磁電子羅盤、速度傳感器、電流傳感器等等。AMR傳感器可用于無接觸測量， 而且響應速度快、功耗小、溫度穩(wěn)定性好等。目前常用的AMR傳感器主要是Ta/NiFe/Ta薄膜，其優(yōu)點是靈敏度高，缺點是磁電阻比 值(3%)和飽和場(lOOe)都較小，不適于在較高磁場(100—200Oe)下使用。而本 發(fā)明中的Ta/NiCo/Ta薄膜材料具有高的磁電阻比值(4.6%)和大的飽和場(40Oe), 可以彌補Ta/NiFe/Ta薄膜材料的不足(張輝，滕蛟，馬紀東，于廣華，胡強.Ta種子層厚 度及濺射速率對Ta/Ni65Co35雙層膜各向異性磁電阻和矯頑力的影響.北京科技大學學報， 2005, 27, 458-46)。因此，它們是具有不同用途的兩種AMR材料。對于基于Ta/NiFe/Ta薄膜材料的AMR傳感器，為改善傳感器性能，還需采用措施使元 件保持為單疇狀態(tài)，方法主要有Barber Pole偏置方法。采用Barber Pole導電斜條產(chǎn)生的磁場來保持單疇狀態(tài)。該方法工 藝簡單有效，缺點是對短的元件效果不大，而且對于低功耗要求的傳感器則不能采用。硬磁穩(wěn)定場方法。在元件兩端放置兩個硬磁塊，利用這兩個硬磁塊之間的磁場使元件保 持單疇態(tài)，缺點是硬磁塊易退磁，而且工藝復雜，比Barber Pole偏置方法多至少一次曝 光刻蝕過程，硬;茲塊之間的i茲場要經(jīng)過多次實驗進行優(yōu)化。(Mapps D J. Magnetoresistive sensors. Sensors and Actuators A, 1997, 59: 9 - 19 )在本發(fā)明中，為使元件保持單疇狀態(tài)，只需插入一層FeMn薄膜即可。和Barber Pole偏 置方法相比，制造工藝基本一致，但對工藝的要求降低；和硬磁穩(wěn)定場方法相比，則減 少了至少一次曝光刻蝕過程和相應的優(yōu)化實驗。因此，工藝比前兩種方法簡單
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服以上缺點而提供的一種用于交換偏置型磁電阻傳感器元件的多 層膜材料。一種用于交換偏置型磁電阻傳感器元件的多層膜材料，其是Ta/NiCo/Ta多層膜中插入 FeMn層制得Ta/NiCo/FeMn/Ta多層膜材料。進一步，上述的用于交換偏置型磁電阻傳感器元件的多層膜材料，NiCo合金成分為 Ni65Co35,厚度為10- 500nm;一種交換偏置型磁電阻傳感器元件，其包含上述的多層膜材料。最后，上述的交換偏置型磁電阻傳感器元件，通過磁控濺射在所述的Ta/NiCo/FeMn/Ta 多層膜結(jié)構(gòu)元件上沉積一層Au電極薄膜，厚度為10-2000nm，經(jīng)光學曝光、離子刻蝕 后制得Au電極層。本發(fā)明的具體方法如下采用磁控賊射方法在Si片上制備Ta/NiCo/FeMn/Ta多層膜，制備過程中使用循環(huán)水冷 卻。靶材為Ta、 NiCo、 FeMn靶。成膜時，在平行于Si片表面方向加有16kA/m的誘導 磁場，Si片以20轉(zhuǎn)/秒的速度旋轉(zhuǎn)。本底真空優(yōu)于5 x 10 —5Pa,濺射氣壓為0.3Pa。薄膜 厚度由濺射時間控制。濺射速率為0.10-0.15 nm/s。經(jīng)過涂膠、紫外曝光和離子刻蝕，得 到Ta/NiCo/FeMn/Ta多層膜結(jié)構(gòu)元件。還有，采用磁控濺射方法在Ta/NiCo/FeMn/Ta多層膜結(jié)構(gòu)元件上沉積Au薄膜，制備過 程中使用循環(huán)水冷卻。靶材為Au靶。成膜時，Si片以20轉(zhuǎn)/秒的速度旋轉(zhuǎn)。本底真空 優(yōu)于1x10—4Pa,濺射氣壓為0.3Pa。薄膜厚度由濺射時間控制。濺射速率分別為0.15 nm/s。經(jīng)過涂膠、紫外曝光和離子刻蝕，得到Au電極層。至此，制得磁電阻傳感器元 件。在本發(fā)明中，MCo合金成分為Ni6sC035,厚度為10 - 500nm; FeMn合金成分為Fe5()Mn50, 為反鐵磁性合金，其厚度為5 -200nm, Ta層厚度為2 - 10nm, Au電極層厚度為10-2000亂
本發(fā)明是在傳統(tǒng)的Ta/NiCo/Ta多層膜中插入FeMn層制得Ta/NiCo/FeMn/Ta多層膜材 料。采用Ta層作種子層，可以使NiCo具有很強的NiCo (111)織構(gòu)、大的晶粒尺寸、 高的磁電阻比值和好的磁性能。同時在該NiCo層上沉積FeMn層，不會影響NiCo的性 能和4鼓結(jié)構(gòu)，還可制得具有強FeMn (1 1 1)織構(gòu)的FeMn層，進而得到大的交換偏置 場。本發(fā)明優(yōu)點在于輸出信號大，磁滯小，重復性好；熱穩(wěn)定性好；適合較高磁場應用； 結(jié)構(gòu)及工藝簡單。


圖1給出了本發(fā)明中磁電阻傳感器元件的結(jié)構(gòu)圖，1為Au電極層，在磁電阻傳感器元 件條的兩端，可接恒流源或恒壓源，2為Ta層，3為FeMn層，4為NiCo層，5為Ta 層，6為Si片。
具體實施方式
利用》茲控賊射方法在干凈的Si基片上5冗積Ta ( 5nm) /NiCo ( 20nm) /FeMn ( 10nm) /Ta (5nm)多層膜，沉積過程中平行膜面方向加有16kA/m的取向磁場。經(jīng)過涂膠、 紫外曝光和離子刻蝕，得到Ta/NiCo/FeMn/Ta多層膜元件。然后在 Ta/NiCo/FeMn/Ta多層膜元件上沉積一層200nm厚的Au薄膜，經(jīng)過涂膠、紫外曝 光和離子刻蝕，得到Au電極層。至此，制得交換偏置型磁電阻傳感器元件。
權(quán)利要求
1、一種用于交換偏置型磁電阻傳感器元件的多層膜材料，其特征是Ta/NiCo/Ta多層膜中插入FeMn層制得Ta/NiCo/FeMn/Ta多層膜材料。
2、 按照權(quán)利要求1所述的一種用于交換偏置型磁電阻傳感器元件的多層膜材料，其特 征是所述的NiCo合金成分為Ni65Co35。
3、 一種用于交換偏置型磁電阻傳感器元件，其特征是包含權(quán)利要求1或2所述的所述 多層膜材料。
4、 按照權(quán)利要求3所述的一種交換偏置型磁電阻傳感器元件，其特征在于通過磁控 賊射在所述的Ta/NiCo/FeMn/Ta多層膜結(jié)構(gòu)元件上沉積一層Au電極薄膜，厚度為10 -2000nm,經(jīng)光學曝光、離子刻蝕后制得Au電極層。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于交換偏置型磁電阻傳感器元件的多層膜材料，Ta/NiCo/Ta多層膜中插入FeMn層制得Ta/NiCo/FeMn/Ta多層膜材料，磁電阻傳感器元件由Ta/NiCo/FeMn/Ta多層膜結(jié)構(gòu)元件和Au電極層構(gòu)成，NiCo合金的成分為Ni₆₅Co₃₅，F(xiàn)eMn合金成分為Fe₅₀Mn₅₀，為反鐵磁性合金。該方法通過NiCo/FeMn界面產(chǎn)生的交換偏置場來減小磁電阻傳感器元件的磁滯。該方法結(jié)構(gòu)及工藝簡單，成本低，適于較高磁場使用。
文檔編號H01L43/00GK101150171SQ200710177709
公開日2008年3月26日 申請日期2007年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月20日
發(fā)明者雷 丁, 于廣華, 輝 張, 蛟 滕, 樂 王, 王立錦 申請人:北京科技大學