[发明专利]一种表面图形磁性薄膜巨磁阻抗磁传感器及其制备方法在审

专利信息
申请号: 202211274747.7 申请日: 2022-10-18
公开(公告)号: CN115498100A 公开(公告)日: 2022-12-20
发明(设计)人: 穆宜敏;王晓荣;朱文俊;张梦怡;张卿 申请(专利权)人: 南京工业大学
主分类号: H01L43/02 分类号: H01L43/02;H01L43/08;H01L43/12;G01R33/09
代理公司: 南京源古知识产权代理事务所(普通合伙) 32300 代理人: 毕景峰
地址: 211816 江*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 一种 表面 图形 磁性 薄膜 磁阻 传感器 及其 制备 方法
【说明书】:

发明提供了一种表面图形磁性薄膜巨磁阻抗磁传感器,包括绝缘基底、两个电极和表面图形磁性薄膜;所述表面图形磁性薄膜包括表面光滑磁性薄膜和多个条栅图案磁性薄膜;表面光滑磁性薄膜设置在基底的顶部;多个条栅图案磁性薄膜等间距地排列在表面光滑磁性薄膜的顶部;表面光滑磁性薄膜和单个条栅图案磁性薄膜均为矩形;条栅图案磁性薄膜的长边垂直于表面光滑磁性薄膜的长边;两个电极对称地连接在表面光滑磁性薄膜的两个宽边上。本发明不仅削弱了表面图形磁性薄膜宽度方向的退磁效应,还利用了上层条栅图案磁性薄膜的形状各向异性,可显著增强表面图形磁性薄膜的巨磁阻抗效应,实现高灵敏度的磁场检测。

技术领域

本发明涉及磁传感器技术领域,尤其涉及一种表面图形磁性薄膜巨磁阻抗磁传感器及其制备方法。

背景技术

磁传感器是指利用磁敏感元件感知与磁信号有关的物理量,并将其转化成电信号的传感器。被广泛应用在目标探测、流量监测、导航定位以及生物医学等领域。推进了大气科学、环境监测、资源开采、水下航行、疾病诊断的快速发展。

进入到智能感知时代,人工智能、新能源汽车、机器人、智能健康检测等新兴产业对高灵敏度的磁场传感器的需求越来越大。

目前,霍尔传感器灵敏度低;磁通门传感器结构复杂,功耗高;超导量子干涉效应磁传感器体积大,操作繁琐,成本高。相反,巨磁阻抗磁传感器,由于其灵敏度高、结构简单,成本低,在制备高灵敏度的磁传感器中具有显著的优势。

巨磁阻抗(GMI)效应是指当软磁材料被施加了一个交流激励时,其阻抗会随外加磁场发生显著地变化。其物理机理是软磁材料的磁导率随外加磁场发生显著变化,从而实现高灵敏度的磁场测量。

相较于非晶丝巨磁阻抗磁传感器,平面结构的磁性薄膜巨磁阻抗磁传感器激励频率低、与微加工技术兼容,有望实现低成本产业化生产。目前提高磁传感器灵敏度的方法主要有:1、调整薄膜的成分以增强薄膜的磁性能;2、对磁性薄膜后处理以诱导薄膜横向感生各向异性;3、优化传感器结构参数。但是,磁性材料一旦制成确定形状的平面薄膜,平面结构引起的退磁效应导致磁性薄膜的横向有效磁导率远小于磁性材料标称的磁导率,使得传感器灵敏度的提升受到极大地限制。此外,通过后处理(如磁场退火、电流退火等)诱导的感生各向异性很难实现精准控制,无法充分发挥各向异性场对巨磁阻抗效应增强的作用。

因此,需要一种方法可以同时削弱横向退磁效应,以及准确调控各向异性场的方法,以实现高灵敏度的磁场测量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种表面图形磁性薄膜巨磁阻抗磁传感器及其制备方法,以解决上述技术问题。

为实现上述目的,本发明所述的一种表面图形磁性薄膜巨磁阻抗磁传感器,其特征在于,包括绝缘基底、两个电极和表面图形磁性薄膜;

所述表面图形磁性薄膜包括表面光滑磁性薄膜和多个条栅图案磁性薄膜;表面光滑磁性薄膜设置在基底的顶部;多个条栅图案磁性薄膜等间距地排列在表面光滑磁性薄膜的顶部;表面光滑磁性薄膜和单个条栅图案磁性薄膜均为矩形;条栅图案磁性薄膜的长边垂直于表面光滑磁性薄膜的长边;两个电极对称地连接在表面光滑磁性薄膜的两个宽边上;单个条栅图案磁性薄膜的长宽比不低于十;条栅图案磁性薄膜的长度和表面光滑磁性薄膜的宽度相同。

进一步地,所述基底为刚性材料或者柔性材料;所述电极为磁性材料或者非磁性导电材料。

优选地,所述基底为硅基片,电极为铜电极。

需要说明的是,所述表面光滑磁性薄膜和条栅图案磁性薄膜均为磁性材料,两者的磁性材料的材质可以相同也可以不同。

电极为磁性材料时,材质可以和表面光滑磁性薄膜或条栅图案磁性薄膜相同,也可以不同。

此外,所述电极与表面图形磁性薄膜电导通,其中一个电极为电激励信号输入端,另一个电极为输出端;电激励信号的电流方向和表面光滑磁性薄膜长度方向平行。

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