CN100352076C - 一种各向异性磁电阻坡莫合金薄膜的制备方法 - Google Patents

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一种各向异性磁电阻坡莫合金薄膜的制备方法，涉及磁电阻薄膜的制备方法，特别是涉及各向异性磁电阻坡莫合金薄膜的制备。本方法是采用磁控溅射方法，通过选取不同成分的NixFe100-x合金靶，x为78～85，以及溅射前通入镀膜室99.99%纯度氩气0.5～1小时，维持在气压0.1～0.5Pa，控制薄膜杂质含量小于0.1%，制备出具有准确成分的Ni81Fe19薄膜。本方法在进一步降低薄膜制备难度的同时，仍能保证薄膜很薄时具有较高的各向异性磁电阻值和低矫顽力、低晶体各向异性、大的磁化强度和低磁致伸缩等综合性能，以满足磁传感器的性能和产品需求。

Description

一种各向异性磁电阻坡莫合金薄膜的制备方法
技术领域
本发明涉及磁电阻薄膜的制备方法，特别是涉及各向异性磁电阻坡莫合金薄膜的制备。
背景技术
各向异性磁电阻(Anisotropic Magnetoresistance，AMR)坡莫合金薄膜(Ni81Fe19)通常选用Ta作为Ni81Fe19薄膜的(111)织构诱导层，亦即种子层，所以，其结构简单、制作相对容易、价廉、稳定性好，在体积、质量及成本上有很大优势，即使在发现了巨磁电阻(Giant Magnetoresistance，GMR)效应并且其产品迅速开发的今天，用传统AMR薄膜制做的磁传感器等器件在市场上仍然占主流。目前，国际上在不断地挖掘AMR薄膜的潜力，提高其磁场灵敏度、降低噪音等，以扩大其应用领域。为了达到这个目的，AMR坡莫合金薄膜必须沉积的更薄，矫顽力更小，且AMR值尽可能大。中国发明专利ZL 02 1 03673.X中提出的“一种冷阴极溅射制备薄膜的方法及装置”，虽然可以制备出性能良好的较薄坡莫合金薄膜，然而该方法需要镀膜设备本底真空为2×10-7～8×10-7Pa的超高真空，这在工业生产中是很难达到的，即使达到，代价也很高。《科学通报》，48，418(2003)中“(Ni0.81Fe0.19)1-xCrx缓冲层上生长高各向异性磁电阻Ni0.81Fe0.19薄膜的研究”也曾提出用NiFeCr代替Ta作为Ni81Fe19薄膜的(111)织构诱导层，采用这种方法的确可以使AMR值明显提高。然而，我们利用以上两种方法制备的坡莫合金薄膜制作成磁传感元件时，发现坡莫合金薄膜的综合性能，如低矫顽力、低晶体各向异性、大的磁化强度和低磁致伸缩等并不是最好。按照M.A.Akhter，et.al，J.Appl.Phys.，81，4122(1997)中指出的，Ni81Fe19薄膜应该有低矫顽力、低晶体各向异性、大的磁化强度和低磁致伸缩等特性，但从以上两种方法得到的坡莫合金薄膜成分的化学分析结果发现，利用Ni81Fe19合金靶沉积的薄膜成分其实并不是81Ni:19Fe。这可能是由于存在择优溅射，Ni原子与Fe原子的沉积速率并不一样造成的。因此而影响了Ni原子与Fe原子比，不能保证获得良好的综合性能。
发明内容
本发明提出通过选取不同成分的NixFe100-x合金靶，以及溅射前通入一定时间的氩气，控制薄膜杂质含量小于0.1％，制备出具有准确成分的Ni81Fe19薄膜，在进一步降低薄膜制备难度的同时，仍能保证薄膜很薄时具有较高的各向异性磁电阻值和低矫顽力、低晶体各向异性、大的磁化强度和低磁致伸缩等综合性能，以满足磁传感器的性能和产品需求。
本发明的实施方案是，选取不同成分的NixFe100-x合金靶，x为78～85；采用磁控溅射方法，在溅射前通入镀膜室99.99％纯度氩气0.5～1小时，维持在气压0.1～0.5Pa；化学分析确定最终沉积薄膜成分为81Ni:19Fe，并且控制薄膜杂质含量小于0.1％。
具体制备过程是在磁控溅射仪中进行，在清洗干净的玻璃基片或单晶硅基片上依次沉积1.0～12.0nmTa、10.0～200.0nmNiyFe100-y和5.0～9.0nm Ta，其中Ta层作为种子层和防氧化保护层；溅射室本底真空度为1×10-5～6×10-5Pa，溅射前通入镀膜室99.99％纯度氩气0.5～1小时，维持在气压0.1～0.5Pa；溅射时99.99％纯度的高纯氩气气压为0.4～2.7Pa，溅射沉积速率为0.03～0.33nm/分钟；基片用循环去离子水冷却，平行于基片平面方向加有150～300Oe的磁场，以诱发一个易磁化方向，并且基片始终以8～30转/分钟的速率旋转；最后，通过对沉积厚度范围内的NiyFe100-y化学分析，找出薄膜成分符合81Ni:19Fe、并且薄膜杂质含量小于0.1％的情况下所对应的NixFe100-x合金靶，利用这个选出的坡莫合金靶来沉积Ni81Fe19薄膜。
与现有技术相比，本发明由于得到了真正成分的Ni81Fe19薄膜，这就使得在薄膜很薄时，如薄膜为20nmNi81Fe19，具有较高的各向异性磁电阻值，可以达到2.55％。另外，由于溅射前通入镀膜室99.99％纯度氩气0.5～1小时、并维持在气压0.1～0.5Pa，这就有可能使得沉积室壁残留杂质气体很少，所以薄膜的各向异性磁电阻AMR值就比没有采取这种工艺的薄膜AMR值得到了提高，例如：薄膜为20nmNi81Fe19时，AMR值从2.20％提高到2.55％，在没有把镀膜室真空抽到2×10-7～8×10-7Pa的超高真空条件下，仍能制备出各向异性磁电阻AMR值与之相当的较薄薄膜。
附图说明
图1中(a)、(b)曲线分别是溅射前通入镀膜室99.99％纯度氩气和没有通氩气时Ni81Fe19(znm)薄膜的AMR值随其厚度z变化的曲线。样品结构为：6nm Ta/znmNi81Fe19/9nm Ta。
具体实施方式
具体实施方式：在磁控溅射仪中制备各向异性坡莫合金Ni81Fe19薄膜。首先将玻璃基片用有机化学溶剂和去离子水超声清洗，然后装入溅射室样品基座上。基片用循环去离子水冷却，平行于基片方向加有250Oe的磁场，并且基片始终以18转/分钟的速率旋转，溅射沉积速率为0.17nm/分钟。溅射室本底真空4×10-5Pa，溅射前通入镀膜室99.99％纯度氩气0.5小时，维持在气压0.3Pa。在溅射时99.99％纯度的高纯氩气气压为0.4Pa的条件下依次沉积6nm厚度的Ta/50.0nm厚度的NiyFe100-y。通过对50.0nmNiyFe100-y化学分析，找出薄膜成分符合81Ni:19Fe、并且薄膜杂质含量小于0.1％的情况下所对应的NixFe100-x合金靶。利用这个选出的坡莫合金靶来沉积Ni81Fe19薄膜。从图1Ta做为种子层的Ni81Fe19(znm)薄膜AMR值随其厚度z变化的曲线中可以看出：溅射前通入镀膜室99.99％纯度氩气比没有通氩气的AMR值要高。

Claims (2)

1、一种各向异性磁电阻坡莫合金薄膜的制备方法，采用磁控溅射方法，溅射室本底真空度为1×10-5～6×10-5Pa，在清洗干净的玻璃基片或单晶硅基片上依次沉积1.0～12.0nmTa、10.0～200.0nmNiyFe100-y和5.0～9.0nmTa，其特征在于，选取不同成分的NixFe100-x合金靶；溅射前通入镀膜室99.99％纯度氩气0.5～1小时，维持在气压0.1～0.5Pa；通过对NiyFe100-y化学分析，找出薄膜成分符合81Ni:19Fe、并且薄膜杂质含量小于0.1％的情况下所对应的NixFe100-x合金靶，利用这个选出的坡莫合金靶来沉积Ni81Fe19薄膜。
2、如权利要求1所述的一种各向异性磁电阻坡莫合金薄膜的制备方法，其特征在于，NixFe100-x合金靶的x取值为78～85。
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