本发明专利技术公开了一种桥接式石墨烯基磁传感器，包括第一桥墩组件、第二桥墩组件及架设于第一桥墩组件和第二桥墩组件上的桥梁石墨烯层，第一桥墩组件由第一桥墩石墨烯层、自由铁磁层和公共电极由上至下依次排列而成，第二桥墩组件由第二桥墩石墨烯层、固定铁磁层和偏置电极由上至下依次排列而成；桥梁石墨烯层的上方设有绝缘层，绝缘层的上方设置操控电极。本发明专利技术具有结构简单紧凑、体积小、成本低廉、制作方便、具有高分辨率等优点。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种桥接式石墨烯基磁传感器，包括第一桥墩组件、第二桥墩组件及架设于第一桥墩组件和第二桥墩组件上的桥梁石墨烯层，第一桥墩组件由第一桥墩石墨烯层、自由铁磁层和公共电极由上至下依次排列而成，第二桥墩组件由第二桥墩石墨烯层、固定铁磁层和偏置电极由上至下依次排列而成；桥梁石墨烯层的上方设有绝缘层，绝缘层的上方设置操控电极。本专利技术具有结构简单紧凑、体积小、成本低廉、制作方便、具有高分辨率等优点。【专利说明】一种桥接式石墨烯基磁传感器
本专利技术主要涉及到弱磁场测量
，特指一种采用石墨烯设计的桥接式结构的磁场传感器。
技术介绍
弱磁场测量广泛应用于目标探测、地磁导航、磁存储器、地质勘探、生物医学等军事和国民经济领域。现有技术中用于微弱磁场测量的传感器类型较多，主要包括磁通门传感器、光泵式磁传感器、质子式磁传感器、光纤磁传感器、巨磁阻抗磁传感器、AMR (Anisotropic Magnetoresistive,各向异性磁阻)磁传感器、GMR (GiantMagnetoresistive,巨磁阻)磁传感器、MTJ (Magnetic Tunnel Junction,磁隧道结)磁传感器等。其中，AMR、GMR和MTJ磁传感器是相比其他类型的磁传感器明显具有体积小、功耗低、易批量生产等特点。但是以AMR为敏感元件的磁传感器使用时需要设置set/reset线圈对其进行预设-复位操作，造成其制造工艺的复杂，线圈结构的设置在增加尺寸的同时也增加了功耗。以多层膜GMR为敏感元件的磁传感器响应曲线呈偶对称，只能测量的磁场大小，不能反映磁场的方向。MTJ元件利用磁性多层膜材料的隧道磁电阻效应(TunnelMagnetoresistance, TMR)对磁场进行感应，比之前发现并实际应用的AMR元件和GMR元件具有更大的电阻变化率、更高的灵敏度和更好的温度稳定性。1975年Julliere在Fe/Ge/Co隧道结中观察到当两铁磁层磁化方向平行或反平行时，隧道结将具有不同的电阻值(Julliere M.Tunneling Between FerromagneticFilms.Phys Lett A, 1975，54(3):225-226)。这种因外磁场改变隧道结铁磁层的磁化状态而导致其电阻变化的现象，称为磁隧道结效应。Fe/Ge/Co隧道结低温下的磁阻变化率高达14%，但在室温下却很小。在随后的30多年中人们对MTJ进行了系列深入研究。1995年Miyazaki小组实现了磁隧道结研究的突破性进展(Miyazki T, Tezuka N.Giantmagnetic tunneling effect in Fe/Al203/Fe junction.J.Magn.Magn.Mater., 1995,139:L231),首次在Fe/Al203/Fe隧道结中发现在室温和几毫特磁场下的磁阻变化率高达15.6%，低温下更高，约为23%。2008年，S.1keda等制备的MgO基MTJ在室温下的磁阻变化率达到了 604%, 5K 低温下则达 1144% (S.1keda, J.Hayakawa, Y.Ashizawa, Y.M.Lee, K.Miura, H.Hasegawa, M.Tsunoda, F.Matsukura, and H.0hno, App1.Phys.Lett.2008, 93: 082508)，这一记录性的实验结果已接近MgO基MTJ的理论预测值。通过对MTJ的几十年发展历程的分析可以得出:I中间势垒层对磁隧道结的发展具有极为重要的推动作用，势垒层从早期的Ge到Al2O3，再到MgO，在铁磁层基本不变的情况下，磁隧道结的磁阻变化率近似呈指数级提高，这一发展规律激发了人们对势垒层的关注和研究；:！:制备工艺对磁隧道结的性能影响很大，研究人员在分析磁隧道结噪声特性时发现，势垒层在制备过程中存在的不一致性、针孔等缺陷会产生ι/f噪声，限制了 MTJ磁传感器的低频磁场测量能力。最近2-3年采用新材料石墨烯设计新型磁传感器已成为小型化磁传感器的一个研究热点。例如:2011年日本名古屋大学的S Honda等人从理论上计算了不同结构条件下铁磁/锯齿形边缘石墨烯/铁磁型横向磁隧道结的磁阻变化率，结果表明石墨烯作为横向磁隧道结的中间结构能够得到很大的磁阻效应(T.Hiraiwa, R.Sato, A.Yamamura, J.1noue , S.Honda, and H.1toh.Effects of Magnetic Contacts on Magnetoresistancein FM/Graphene/FM Lateral Junctions.1EEE Transanctions on Magnetics, Vol.47，N0.10，October 2011) ;2012年美国海军研究实验室最新研究了一种以石墨烯为势垒层的磁隧道结，并制备了相应的样品，测试发现由于存在铁磁/石墨烯界面氧化等问题，磁阻变化率远低于理论预测值(Enrique Cobas, Adam L.Fridaman, Olaf Μ.J.van’ tErve, Jeremy T.Robinson, and Berend T.Jonker.Graphene As a Tunnel Barrier:Graphene-Based Magnetic Tunnel Junctions.Nano Letters, 2012, 12, 3000-3004)。上述采用石墨烯研制磁传感器的方式具有很多的发展前景，但是目前尚存以下一些问题: (I)现有的石墨烯基磁传感器绝大多数基于三明治磁隧道结结构设计，磁传感器制作过程中存在界面氧化等问题，使得磁阻变化率很低，影响了传感器的分辨力。(2)现有的石墨烯基磁传感器结构上难以通过电场操控来改进界面特性，进一步提高传感器的磁阻变化率。(3)现有的石墨稀基磁传感器大都是米用单晶石墨稀，但是单晶石墨稀尺寸目ill还难以达到圆片级尺寸。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就在于:针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种结构简单紧凑、体积小、成本低廉、制作方便、具有高分辨力的桥接式石墨烯基磁传感器。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案: 一种桥接式石墨烯基磁传感器，包括第一桥墩组件、第二桥墩组件及架设于第一桥墩组件和第二桥墩组件上的桥梁石墨烯层，所述第一桥墩组件由第一桥墩石墨烯层、自由铁磁层和公共电极由上至下依次排列而成，所述第二桥墩组件由第二桥墩石墨烯层、固定铁磁层和偏置电极由上至下依次排列而成；所述桥梁石墨烯层的上方设有绝缘层，所述绝缘层的上方设置操控电极。作为本专利技术的进一步改进:所述自由铁磁层的磁矩方向随外磁场的改变而改变，所述固定铁磁层的磁矩方向固定在特定方向。作为本专利技术的进一步改进:所述自由铁磁层为铁、钴、或镍。作为本专利技术的进一步改进:所述固定铁磁层包括铁磁层和钉扎层，所述钉扎层为硬磁性材料制备。作为本专利技术的进一步改进:所述桥梁石墨烯层为单层石墨烯。作为本专利技术的进一步改进:所述第一桥墩石墨烯层和第二桥墩石墨烯层为一至三层石墨稀。作为本专利技术的进一步改进:所述公共电极、偏置电极和操控电极通过引线连本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种桥接式石墨烯基磁传感器，其特征在于，包括第一桥墩组件、第二桥墩组件及架设于第一桥墩组件和第二桥墩组件上的桥梁石墨烯层（3），所述第一桥墩组件由第一桥墩石墨烯层（41）、自由铁磁层（5）和公共电极（6）由上至下依次排列而成，所述第二桥墩组件由第二桥墩石墨烯层（42）、固定铁磁层（8）和偏置电极（7）由上至下依次排列而成；所述桥梁石墨烯层（3）的上方设有绝缘层（2），所述绝缘层（2）的上方设置操控电极（1）。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：潘孟春，田武刚，胡佳飞，赵建强，胡靖华，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。