超低1/f噪声的各向异性磁电阻传感器及其制备方法技术

本发明专利技术提供了超低1/f噪声的各向异性磁电阻传感器及其制备方法，属于磁传感技术领域，所述传感器的薄膜材料为多层复合结构，从下至上依次包括Ta缓冲层、MgO层、NiFe层、MgO层和Ta保护层，所述多层复合结构以云母片作为基底采用磁控溅射法制备得到，其中，所述Ta缓冲层直接磁控溅射于云母片基底上；云母片基底为可弯曲的柔性基底，通过控制云母片基底的曲率半径从而控制施加在所述多层复合结构上的压应力，进而降低所述传感器的1/f噪声。本发明专利技术采用柔性云母片作为基底，制备出了具有超低1/f噪声的AMR磁传感器，能够满足市场对高性能AMR传感器的应用需求。器的应用需求。器的应用需求。

【技术实现步骤摘要】
超低1/f噪声的各向异性磁电阻传感器及其制备方法


[0001]本专利技术属于磁传感
，涉及超低1/f噪声的各向异性磁电阻传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]各向异性磁电阻（AMR）传感器因其简单的结构、高的灵敏度和低的噪声，广泛应用于地磁导航、车辆测速、智能制造等领域。随着科学技术的发展，一些应用场合需要AMR传感器具有超高的分辨率。AMR传感器的分辨率取决于其灵敏度和1/f噪声（低频下噪声功率密度与频率f成反比），针对这一问题，国际上开展了很多工作，但主要侧重于如何提高传感器的灵敏度。AMR传感器中的1/f噪声与内部缺陷、磁畴分布、体系结构和界面匹配都有显著的关系。到目前为止，从薄膜结构方面降低1/f噪声的工作，主要有增加晶格匹配、真空高温退火以降低缺陷、引入反铁磁钉扎层以稳定磁矩。虽然这些方法在一定程度上降低了传感器的噪声，但是存在降低程度有限、高成本、降低传感灵敏度的缺点。因此，急需开发一种新的降低AMR传感器1/f噪声的方法。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术的目的是提供超低1/f噪声的各向异性磁电阻传感器及其制备方法，所述传感器的薄膜材料为多层复合结构，从下至上依次包括Ta缓冲层、MgO层、NiFe层、MgO层和Ta保护层，所述多层复合结构以柔性云母片作为基底采用磁控溅射法制备得到，利用压应力来调节所述多层复合结构中MgO层和NiFe层之间界面Fe
‑
O轨道杂化强度，有效控制NiFe层的磁矩排列，降低了其不一致的磁化翻转，从而降低了传感器的1/f噪声，可以满足低噪声AMR传感器的需求。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供超低1/f噪声的各向异性磁电阻传感器，所述传感器的薄膜材料为多层复合结构，从下至上依次包括Ta缓冲层、MgO层、NiFe层、MgO层和Ta保护层，所述多层复合结构以云母片作为基底采用磁控溅射法制备得到，其中，所述Ta缓冲层直接磁控溅射于云母片基底上；所述云母片基底为可弯曲的柔性基底，通过控制所述云母片基底的曲率半径从而控制施加在所述多层复合结构上的压应力，实现调节MgO层与NiFe层界面的Fe 3d
‑
2p O轨道杂化强度，优化NiFe层的磁矩排列，增加其磁矩的转动一致性，进而降低所述传感器的1/f噪声。
[0005]优选地，所述多层复合结构中，所述Ta缓冲层的厚度为45~55
ꢀÅ
，所述MgO层的厚度为15~20
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，所述NiFe 层的厚度为100~160
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，所述Ta保护层的厚度为35~45
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；所述云母片基底的厚度为25~40 μm。
[0006]本专利技术还提供一种如上所述的超低1/f噪声的各向异性磁电阻传感器的制备方法，包括以下步骤：S1：所述云母片基底的制备：先对云母片进行机械剥离，再进行超声清洗，然后进行表面氩离子轰击处理；
S2：所述多层复合结构的制备：将所述步骤S1制备得到的所述云母片基底贴附于一定曲率半径的凸面模具上，采用磁控溅射法依次生长所述Ta缓冲层、MgO层、NiFe层、MgO层和Ta保护层，得到多层复合结构的薄膜，其中，在磁控溅射过程中，沿所述云母片基底的表面且与所述压应力方向垂直的方向上施加一稳定磁场；S3：于真空环境下，将所述步骤S2得到的薄膜进行真空磁场热处理，之后冷却至室温；S4：一次曝光：在暗室环境下，对所述步骤S3得到的薄膜进行匀胶、前烘、紫外曝光、显影和坚膜处理，制备出磁电阻条图案；S5：一次刻蚀：对所述步骤S4得到的薄膜进行离子束刻蚀处理后，去除剩余的光刻胶；S6：以所述步骤S5得到的薄膜为基底，采用磁控溅射法依次沉积Ta和Au，形成Ta/Au电极层；S7：二次曝光：在暗室环境下，对所述步骤S6得到的薄膜进行匀胶、前烘、紫外曝光、显影和坚膜处理，制备出Barber电极图案；S8：二次刻蚀：对所述步骤S7得到的薄膜进行离子束刻蚀处理后，去除剩余的光刻胶，得到所述超低1/f噪声的各向异性磁电阻传感器。
[0007]优选地，所述步骤S1中：对云母片进行机械剥离具体为：采用小刀沿平行于云母片表面的方向划开，使剥离后云母片的厚度为25~40 μm；超声清洗具体为：依次采用丙酮溶液、酒精溶液和去离子水进行超声清洗，超声清洗的时间均为3
‑
8 min；氩离子轰击处理时，轰击电流为25~30 mA，轰击时间为3~5 min。
[0008]优选地，所述步骤S2中，所述凸面模具的曲率半径为2~8 mm；磁控溅射时采用氩气作为保护气体，纯度为99.99%，气压为0.4～0.9 Pa；磁控溅射时控制溅射室的本底真空度为1.5
×
10
‑5~3.5
×
10
‑
5 Pa；施加的稳定磁场的大小为400~600 Oe。
[0009]优选地，所述步骤S3中，真空环境的真空度为2
×
10
‑5~4
×
10
‑
5 Pa，施加的磁场强度为600~6000 Oe，热处理的温度为400～500 ℃，保温时间为20～40 min。
[0010]优选地，所述步骤S4和步骤S7中，匀胶时间为60 s，曝光时间为25 s，显影时间为30 s；所述步骤S4中，所述磁电阻条图案的宽度为30~50 μm，长度为2000~3500 μm。
[0011]优选地，所述步骤S5和步骤S8中，采用Ar
+
刻蚀机进行离子束刻蚀，刻蚀时样品室的本底真空度为4
×
10
‑5~6
×
10
‑
5 Pa；刻蚀时通入氩气作为保护气体，纯度为99.99%，氩气气压为0.03～0.06 Pa；所述步骤S5中的离子束刻蚀时间为6 min，所述步骤S8中的离子束刻蚀时间为50s。
[0012]优选地，所述步骤S5和步骤S8中，去除剩余的光刻胶具体为：依次采用丙酮溶液清洗60s，采用酒精溶液清洗10s。
[0013]优选地，所述步骤S6中，磁控溅射时采用氩气作为保护气体，纯度为99.99%，气压为0.4～0.9 Pa；磁控溅射时控制溅射室的本底真空度为3
×
10
‑5~5
×
10
‑
5 Pa。
[0014]本专利技术采用上述技术方案的优点是：
本专利技术的超低1/f噪声的各向异性磁电阻传感器及其制备方法，所述传感器的薄膜材料为多层复合结构，从下至上依次包括Ta缓冲层、MgO层、NiFe层、MgO层和Ta保护层，所述多层复合结构采用柔性云母片作为基底，利用压应力来调节所述多层复合结构中MgO层和NiFe层之间的界面Fe
‑
O轨道杂化强度，有效控制NiFe层的磁矩排列，降低了其不一致的磁化翻转，从而降低了传感器的1/f噪声，可以满足低噪声AMR传感器的需求。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.超低1/f噪声的各向异性磁电阻传感器，其特征在于，所述传感器的薄膜材料为多层复合结构，从下至上依次包括Ta缓冲层、MgO层、NiFe层、MgO层和Ta保护层，所述多层复合结构以云母片作为基底采用磁控溅射法制备得到，其中，所述Ta缓冲层直接磁控溅射于云母片基底上；所述云母片基底为可弯曲的柔性基底，通过控制所述云母片基底的曲率半径从而控制施加在所述多层复合结构上的压应力，进而降低所述传感器的1/f噪声。2.根据权利要求1所述的超低1/f噪声的各向异性磁电阻传感器，其特征在于，所述多层复合结构中，所述Ta缓冲层的厚度为45~55
ꢀÅ
，所述MgO层的厚度为15~20
ꢀÅ
，所述NiFe 层的厚度为100~160
ꢀÅ
，所述Ta保护层的厚度为35~45
ꢀÅ
；所述云母片基底的厚度为25~40 μm。3.一种权利要求1或2所述的超低1/f噪声的各向异性磁电阻传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：所述云母片基底的制备：先对云母片进行机械剥离，再进行超声清洗，然后进行表面氩离子轰击处理；S2：所述多层复合结构的制备：将所述步骤S1制备得到的所述云母片基底贴附于一定曲率半径的凸面模具上，采用磁控溅射法依次生长所述Ta缓冲层、MgO层、NiFe层、MgO层和Ta保护层，得到多层复合结构的薄膜，其中，在磁控溅射过程中，沿所述云母片基底的表面且与所述压应力方向垂直的方向上施加一稳定磁场；S3：于真空环境下，将所述步骤S2得到的薄膜进行真空磁场热处理，之后冷却至室温；S4：一次曝光：在暗室环境下，对所述步骤S3得到的薄膜进行匀胶、前烘、紫外曝光、显影和坚膜处理，制备出磁电阻条图案；S5：一次刻蚀：对所述步骤S4得到的薄膜进行离子束刻蚀处理后，去除剩余的光刻胶；S6：以所述步骤S5得到的薄膜为基底，采用磁控溅射法依次沉积Ta和Au，形成Ta/Au电极层；S7：二次曝光：在暗室环境下，对所述步骤S6得到的薄膜进行匀胶、前烘、紫外曝光、显影和坚膜处理，制备出Barber电极图案；S8：二次刻蚀：对所述步骤S7得到的薄膜进行离子束刻蚀处理后，去除剩余的光刻胶，得到所述超低1/f噪声的各向异性磁电阻传感器。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中：对云母片进行机械剥离具体为：采用小刀沿平行于云母片表面的方向划开，使剥离后云母片的厚度为25~40 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯春，祝荣贵，徐秀兰，郭奇勋，于广华，
申请(专利权)人：季华实验室，
类型：发明
国别省市：