[发明专利]一种磁振子晶体磁传感器及其制备方法

说明书

一种磁振子晶体磁传感器及其制备方法，属于磁传感技术领域。所述磁传感器包括钆镓石榴石衬底，位于钆镓石榴石衬底之上的钇铁石榴石薄膜，位于YIG上的静磁表面波激发天线和接收天线，位于YIG上的氧化锌薄膜以及位于氧化锌薄膜之上的带有反射栅的等距叉指电极。本发明提供的一种磁振子晶体磁传感器，是利用外界磁场发生微小变化与磁振子晶体中传播的SMSW的吸收峰发生偏移的线性关系来实现磁探测的。本发明方法得到的SAW频率较高，可有效提高磁振子带隙结构的温度稳定性，进而提高磁传感器的温度稳定性。

技术领域

本发明属于磁传感技术领域，具体涉及一种磁振子晶体磁传感器及其制备方法。

背景技术

磁传感器广泛应用于现代工业和电子产品中，根据测量方法的不同，磁传感分为霍尔磁传感器、磁通门磁传感器、磁电阻传感器以及超导量子干涉器件(SQUID)等。基于磁传感器的广泛应用，高灵敏度、小型化以及稳定性备受关注。磁振子晶体是一种周期性人造磁性微结构，通过改变周期性结构可以调控磁振子晶体禁带结构，外界磁场发生微小变化时会使磁振子晶体带隙变化，导致磁振子晶体中传播的SMSW(硅基单模-多模-单模波导)的吸收峰发生偏移，从而可以利用磁振子晶体这一特性制备高灵敏磁传感器。YIG是一种常用磁振子晶体基础材料，通常在YIG上刻蚀周期性图形和沟道实现周期性人造磁性微结构，最终形成磁振子晶体。目前，用于刻蚀周期性图形和沟道的方法主要有干法刻蚀和湿法刻蚀。干法刻蚀即离子刻蚀，其存在成本高、易损伤YIG等问题；化学湿法刻蚀首先通过光刻得到图形，然后采用化学试剂进行刻蚀，其存在稳定性差、刻蚀图形不规则等问题，上述问题均会影响磁振子晶体的性能。

发明内容

本发明的目的在于，针对背景技术存在的缺陷，提出了一种温度稳定性高、尺寸小的磁振子晶体磁传感器及其制备方法。

本发明提供的一种磁振子晶体磁传感器，在YIG薄膜中引入声表面波(SAW)，由于磁致伸缩效应，声表面波对YIG形成了周期性的微扰，从而在YIG中实现了周期性磁性单元，即形成了周期性人造磁性微结构的磁振子晶体。本发明在YIG薄膜中引入声表面波只需在YIG上制备压电薄膜和叉指换能器(IDT)即可产生声表面波，压电薄膜和叉指换能器可采用磁控溅射和光刻技术得到，方法简单；本发明通过在YIG薄膜中引入声表面波形成SAW-YIG磁振子晶体，高频SAW可以提高磁振子带隙结构的温度稳定性，进而提高了磁传感器的温度稳定性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种磁振子晶体磁传感器，如图1所示，包括钆镓石榴石衬底(GGG)，位于钆镓石榴石衬底之上的钇铁石榴石(YIG)薄膜，位于YIG上的静磁表面波激发天线和接收天线，位于YIG上的氧化锌薄膜(ZnO)以及位于氧化锌薄膜之上的带有反射栅的叉指换能器。

进一步地，所述钇铁石榴石(YIG)薄膜的厚度为1～5μm；位于YIG上的静磁表面波激发天线和接收天线宽度为20μm，间距为200μm，材料为铂，厚度为0.25μm；所述氧化锌薄膜的厚度为0.5～2μm，晶粒尺寸为20～50nm，表面粗糙度为1～5nm；所述叉指换能器为金属铝、金或铜等，波长为0.5～40μm，叉指对数为100～200对，反射栅为150～200条。

本发明还提供了一种磁振子晶体磁传感器的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1、采用液相外延法在钆镓石榴石衬底(GGG)上生长钇铁石榴石(YIG)薄膜，得到带YIG的基片；

步骤2、清洗：首先，将步骤1得到的带YIG的基片在体积比为1:1的浓硫酸和双氧水的混合液中浸泡15～30min，取出采用去离子水冲洗；然后，将上步清洗后的基片在体积比为1:1:5的氨水、双氧水和去离子水的混合液中浸泡15～30min，取出采用去离子水冲洗；最后，依次在丙酮和乙醇中超声清洗，氮气吹干待用；