[发明专利]测量范围可调的各向异性磁电阻传感器及其制备方法

说明书

测量范围可调的各向异性磁电阻传感器及其制备方法，包括基底、顶电极、磁性层、底电极和导电层；顶电极设置在基底的上表面，底电极设置在基底的下表面，磁性层和导电层均设置在顶电极的上表面，且导电层设置在磁性层的周围。本发明利用磁电复合材料中的磁各向异性场可受电场调控的原理，在压电基底上制备AMR磁阻传感器，通过外加电场控制磁阻效应的大小和饱和磁场，进而实现对磁阻传感器的灵敏度和线性检测范围的调控，实现了使用电场对磁阻材料内部磁化方向的调节，与传统的磁场调控、硬磁偏置等方法相比，电场调控具有效率高、体积小、能耗低、易于集成的特点。

技术领域

本发明属于磁电阻传感器技术领域，特别涉及测量范围可调的各向异性磁电阻传感器及其制备方法。

背景技术

磁传感器是一种可以探测磁场的方向、强度以及位置的传感器。磁电阻(Magnetoresistance，MR)传感器是磁传感器的一种，具有偏移低、灵敏度高和温度性能好的优点，包括AMR(Anisotropy Magnetoresistance，各向异性磁阻)型传感器、GMR(GiantMagnetoresistance，巨磁电阻)型传感器以及TMR(Tunnel Magnetoresistance，隧道磁电阻)型传感器，近年来开始在工业领域得到广泛应用。AMR传感器的磁电阻会随外加磁场的大小、方向的变化而变化，其灵敏度优于霍尔效应传感器，而且具备更好的温度稳定性和更低的功耗，加上AMR型传感器的加工工艺可以很方便的和现有半导体工艺结合，因此具有更广阔的应用前景。影响AMR传感器磁阻效应的重要因素之一是导电电子在无补偿自旋下的各向异性散射。当磁化方向和电流方向平行时，AMR材料的磁阻达到最大，当它们彼此垂直时，磁阻达到最小。可见，AMR磁阻效应与磁性材料的磁化方向和磁各向异性场有密切联系，其大小决定了传感器的灵敏度和线性测量范围。但由于使用的软磁材料的饱和磁场较低，超过饱和磁场后磁化方向不再随外加磁场而发生改变，也无法探测磁场的变化，所以AMR传感器的线性范围通常在0～20Oe，严重影响了磁阻传感器的磁场检测范围。

发明内容

本发明的目的在于提供测量范围可调的各向异性磁电阻传感器及其制备方法，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

测量范围可调的各向异性磁电阻传感器，包括基底、顶电极、磁性层、底电极和导电层；顶电极设置在基底的上表面，底电极设置在基底的下表面，磁性层和导电层均设置在顶电极的上表面，且导电层设置在磁性层的周围。

进一步的，基底为PMN-PT、PZN-PT、PZT、PbTiO₃、PbNbO₃、PVDF、LiNbO₃或TiSrO₃中的一种压电材料。

进一步的，底电极、顶电极和导电层为Ta、Au、Ag、Al、Cu、Pt、W、Ti、Mo、TaN或TiN中的一种导电薄膜。

进一步的，磁性层为Co、Fe、Ni、NiFe、FeCrCo、CoFe、CoFeB、NiCo或TbFeCo中的一种磁性金属或合金薄膜。

进一步的，导电层分为四个部分，磁性层两个端部的两侧均设置有导电层。

进一步的，测量范围可调的各向异性磁电阻传感器的制备方法，基于测量范围可调的各向异性磁电阻传感器，包括以下步骤：

步骤1，提供一个上下底面分别长有电极的压电基底，利用丙酮、酒精和去离子水分别超声清洗5min，之后用N₂吹干，在烘箱内保持100℃烘20min；

步骤2，利用磁控溅射技术在压电基底上生长一层金属作为AMR传感器的底电极；