[发明专利]一种磁电阻薄膜的制备及平面霍尔效应提高的方法

说明书

技术领域

本发明属于磁性薄膜领域，涉及磁电阻薄膜的制备方法，特别是涉及磁性薄膜材料的平面霍尔效应的提高。

背景技术

自1954年戈登堡等人发现平面霍尔效应(PHE)之后，人们利用PHE效应制成各类传感器。近十几年来，利用PHE效应制成的传感器具有好的频率响应特性、线性度以及热稳定性，且材料成本低，制备工艺简单，可以广泛应用在信息、机电、电子、能源管理、汽车、磁信息读写及工业自动控制等领域。与巨磁电阻（GMR）和各向异性磁电阻（AMR）等传感器相比，PHE传感器具有低热漂移、更易获得线性响应、高的信噪比等优点，更适合测量微小磁场下沿电流方向的磁化偏移、微米或纳米磁系统下的反向磁化和磁畴结构。此外，PHE传感器在测量磁珠和生物分子、研究生物分子之间的反应上具有其独特的优势，在磁性生物传感器方面有很好的发展前景。目前文献所报导的PHE传感器的灵敏度普遍较低（大约为340V/AT），与半导体霍尔效应传感器的灵敏度（大约为1000V/AT）相比还有很大差距。因此，要想推广PHE传感器的应用，必需采取适当的措施提高其灵敏度。

具有较高灵敏度的PHE材料的制备是一项非常关键的工作，它是PHE传感器应用的基础。目前国际上还在不断地挖掘磁性PHE薄膜的潜力，提高其磁场灵敏度和热稳定性等，以扩大其应用领域。为了提高其灵敏度，采用适当的措施增大其信号大小或者降低其饱和场，或者通过合适的插层、退火等方法可以达到上述目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有较高的PHE灵敏度和热稳定性的NiFe和NiCo薄膜材料。

制备PHE传感器的传统材料是基片/Ta/NiFe(或NiCo)/Ta（下层的Ta做为缓冲层，上层的Ta做为保护层）。考虑到Ta有一定的分流作用，在制备Ni₈₁Fe₁₉和NiCo薄膜材料过程中，我们只保留了上层的Ta做为保护层。此外，在基片/NiFe(或NiCo)和NiFe(或NiCo)/Ta界面上插入一层具有强“镜面散射”的纳米氧化物材料如MgO、Al₂O₃、SiO₂、ZnO等；或者在基片/NiFe(或NiCo)和NiFe(或NiCo)/Ta界面上插入具有强自旋-轨道耦合的材料Pt、Ir、Au等。利用强“镜面散射”的纳米氧化物材料和强自旋-轨道耦合的材料金属材料改善薄膜中输运电子的散射途径，延长电子的自由程，进而达到提高Ni₈₁Fe₁₉和NiCo薄膜的PHE灵敏度、改善其热稳定性的目的。

一种磁电阻薄膜的制备及平面霍尔效应提高的方法，其特征是采用原子百分比。采用玻璃或单晶硅基片做为基底材料，在基底上沉积纳米氧化物或金属插层如MgO（或者Al₂O₃、SiO₂、ZnO、Pt、Ir、Au等），再沉积Ni₈₁Fe₁₉或NiCo层，再沉积MgO（或者Al₂O₃、SiO₂、ZnO、Pt、Ir、Au等），用Ta做保护层。实施方案是，溅射靶材为Ta靶、Ni₈₁Fe₁₉靶、NiCo靶、MgO靶、Al₂O₃靶、SiO₂靶、ZnO靶、 Pt靶、Ir靶、Au靶等。