CN101345117A - 一种用于磁电子罗盘的磁电阻薄膜材料及其制备方法 - Google Patents

一种用于磁电子罗盘的磁电阻薄膜材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101345117A
CN101345117A CNA2008101061971A CN200810106197A CN101345117A CN 101345117 A CN101345117 A CN 101345117A CN A2008101061971 A CNA2008101061971 A CN A2008101061971A CN 200810106197 A CN200810106197 A CN 200810106197A CN 101345117 A CN101345117 A CN 101345117A
Authority
CN
China
Prior art keywords
magnetic
annealing
film material
preparation
film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CNA2008101061971A
Other languages
English (en)
Inventor
于广华
张辉
滕蛟
王立锦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Science and Technology Beijing USTB
Original Assignee
University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Science and Technology Beijing USTB filed Critical University of Science and Technology Beijing USTB
Priority to CNA2008101061971A priority Critical patent/CN101345117A/zh
Publication of CN101345117A publication Critical patent/CN101345117A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

一种用于磁电子罗盘的磁电阻薄膜材料及其制备方法，属于磁性多层膜的制备技术领域。具体步骤为，在清洗干净的玻璃基片或单晶硅基片上沉积(Ni0.81Fe0.19)0.64Cr0.36(50～200)/Al2O3(10～50)/Ni0.81Fe0.19(100～300)/Al2O3(10～50)/Ta(50～100)；然后在真空退火炉中进行真空磁场热处理，退火炉本底真空度为2×10－5～5×10－5Pa，退火温度200～300℃，退火时间为1～4小时，退火场500～1000Oe；再将薄膜加工成线宽为2～50微米的磁电阻传感元件；在元件两侧平行于条形元件沉积Ni0.81Fe0.19薄膜。本方法提供的磁电阻薄膜材料结构，使磁电子罗盘精度大幅度提高。

Description

一种用于磁电子罗盘的磁电阻薄膜材料及其制备方法
技术领域
本发明属于磁性多层膜的制备技术领域，特别是提供了一种提高磁电子罗盘精度的磁电阻薄膜的制备方法。
背景技术
基于磁电阻薄膜材料的磁电子罗盘是利用地磁场来实现定向功能的装置。磁电子罗盘与传统的自主惯性导航设备相比，具有体积小、功耗低、成本低、无累计误差、系统灵活性强、寻北精度高、启动速度快的特点。磁电子罗盘与常规的指针型罗盘相比，具有一些突出的优点，如抗冲击性、抗振性，能够对杂散磁场进行补偿，输出电信号，可方便地与其它设备组成应用系统。磁电子罗盘还可在-40°和+85°工作环境下应用，可满足全天候应用需求。另外，高性能磁性薄膜材料及高精度磁电子罗盘也是智能化新型汽车行驶记录仪的核心部件；同时，也是车载、船载GPS定位系统、导航系统和电子地图等系统的后备系统。智能化新型汽车行驶记录仪依靠高精度磁电子罗盘等主要部件可以记录汽车交通事故前后汽车行驶方向、速度以及行驶轨迹，为交通事故分析鉴定提供原始数据。
利用金属磁电阻薄膜材料通过一般的半导体加工工艺将薄膜加工成线宽为几个微米到几十个微米的磁电阻传感器，这种磁电阻传感器的电阻值随外界磁场的变化而变化。利用此效应可实现磁场测量，磁电阻传感器的响应频率可达数兆赫兹。基于磁电阻传感器的磁电子罗盘以三轴磁电阻传感器为地磁方位角传感器，测出地磁场分别在载体x轴、y轴、z轴上的分量。以双轴加速度传感器为俯仰角和横滚角测量传感器。依据以上信息，经计算得到地磁方位角信息。
通常的磁电子罗盘三轴磁电阻传感器都是由各向异性磁电阻NiFe薄膜材料制备(美国Honywell公司互联网)，薄膜结构为Si基片/Ta/NiFe/Ta，靠近基片的Ta为NiFe织构诱导层，NiFe上面的Ta层为保护层。利用这种薄膜材料制作的三轴磁电阻传感器组成的磁电子罗盘精度较低，一般为±0.5°～±2°(美国Honywell公司互联网)，但某些场合需要高精度磁电子罗盘，目前这种薄膜材料已不能满足这种更高要求的需要。CN1808734中提出采用(Ni0.81Fe0.19)54Cr36(50～200)/Ni0.81Fe0.19(100～1500
Figure A20081010619700032
)/Ta(50～100
Figure A20081010619700033
)材料，该材料虽然可以提高电子罗盘的精度，但Cr容易向磁性NiFe层中扩散(尤其是做传感器件加工时需要退火)，导致矫顽力变大，对器件制作和使用不利。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新的具有纳米氧化插层的磁电阻薄膜材料结构，纳米氧化插层既阻碍Cr的扩散又可以改善自旋电子散射途径，从而提高了材料的磁场灵敏度以提高磁电子罗盘精度。
本发明提出(1)利用NiFeCr诱导层代替Ta诱导层以提高NiFe薄膜的磁电阻变化率；(2)在NiFe层的上下界面插入晶化的Al2O3纳米氧化层改善自旋电子散射途径以提高磁电阻变化率；(3)将磁电阻薄膜材料经过真空磁场热处理以获得良好的Al2O3层和磁畴结构；(4)在靠近NiFe条形磁电阻元件的两侧沉积几个微米厚NiFe薄膜以增加测量磁场时的磁通。
本发明磁电阻薄膜材料的组成结构为：(Ni0.81Fe0.19)0.64Cr0.36(50～200)/Al2O3(10～50
Figure A20081010619700042
)/Ni0.81Fe0.19(100～300
Figure A20081010619700043
)/Al2O3(10～50)/Ta(50～100)。
制备上述材料的方法是利用NiFeCr诱导层代替Ta诱导层，插入晶化的Al2O3纳米氧化层，真空磁场热处理，并且在靠近NiFe条形元件的两侧沉积几个微米厚NiFe薄膜。具体制备工艺为：在清洗干净的玻璃基片或单晶硅基片上依次沉积(Ni0.81Fe0.19)0.64Cr0.36(50～200
Figure A20081010619700046
)/Al2O3(10～50
Figure A20081010619700047
)/Ni0.81Fe0.19(100～300
Figure A20081010619700048
/Al2O3(10～50
Figure A20081010619700049
)/Ta(50～100)；然后在真空退火炉中进行真空磁场热处理，退火炉本底真空度为2×10-5～5×10-5Pa，退火温度200～300℃，退火时间为1～4小时，退火场500～1000Oe；再通过一般的半导体加工工艺将薄膜加工成线宽为2～50微米的磁电阻传感元件；在元件两侧平行于条形元件沉积厚为3～8微米Ni0.81Fe0.19薄膜。
一般的半导体加工工艺是指：甩胶、曝光、显影、坚膜、刻蚀等。
沉积Ni0.81Fe0.19薄膜时，每沉积1微米Ni0.81Fe0.19薄膜前先沉积500～2000
Figure A200810106197000411
厚的SiO2隔离层，亦就是说在沉积3～8微米Ni0.81Fe0.19薄膜时，会有3～8个1000
Figure A200810106197000412
SiO2隔离层。
本发明制备的磁电阻薄膜材料的磁场灵敏度在0.6％/Oe以上，将其加工成磁传感元件，用于组装成三维磁电子罗盘，再配以双轴加速度传感器(或其它类型的倾角传感器)测量电子罗盘姿态，采用合适的信号处理电路及补偿算法，包括调制解调、交流放大、直流放大、模数转换、微处理器、显示、串行通讯等，组装成具有倾角补偿、硬磁及软磁干扰补偿功能的磁电子罗盘，以提高磁电子罗盘精度。
本发明的优点在于：由于采用了纳米氧化插层，既阻碍Cr的扩散又可以改善自旋电子散射途径；又经过真空磁场热处理获得了良好的Al2O3层和磁畴结构，从而提高了材料的磁场灵敏度，使得电子罗盘精度明显提高。该磁电子罗盘可以应用于汽车行驶记录仪、车载、船载GPS定位系统、导航系统和电子地图等系统的后备系统。同时本发明制备方便、成本低。
具体实施方式
薄膜制备过程是在磁控溅射仪中进行，溅射室本底真空度为1×10-5～5×10-5Pa，溅射时氩气压(纯度为99.99％)为0.4～0.8Pa；基片用循环水冷却，平行于基片方向加有200～300Oe的磁场，以诱发一个易磁化方向。Al2O3和SiO2薄膜用射频靶来制备。
实施例1：在磁控溅射仪中制备磁性多层膜。首先将单晶Si(001)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。基片用循环水冷却，平行于基片方向加有250Oe的磁场。溅射室本底真空3×10-5Pa，在溅射时氩气(纯度为99.99％)压为0.5Pa的条件下依次沉积(Ni0.81Fe0.19)0.64Cr0.36(50
Figure A20081010619700051
)/Al2O3(30
Figure A20081010619700052
)Ni0.81Fe0.19(300
Figure A20081010619700053
)/Al2O3(30
Figure A20081010619700054
)Ta(60
Figure A20081010619700055
)；然后进行真空磁场热处理，退火炉本底真空度为5×10-5Pa，退火温度280℃，退火时间为2小时，退火场800Oe，制得薄膜；通过一般的半导体加工工艺将薄膜加工成线宽为30微米的磁电阻传感元件；再结合半导体加工工艺在元件两侧平行于条形元件沉积厚为6微米Ni0.81Fe0.19薄膜。沉积Ni0.81Fe0.19薄膜时，每沉积1微米Ni0.81Fe0.19薄膜前先沉积1000
Figure A20081010619700056
SiO2隔离层；亦就是说在沉积6微米Ni0.81Fe0.19薄膜时，会有6个1000
Figure A20081010619700057
SiO2隔离层，两侧Ni0.81Fe0.19薄膜的间距为26微米。
实施例2：磁控溅射条件同实施例1，在溅射时氩气(纯度为99.99％)压为0.5Pa的条件下依次沉积(Ni0.81Fe0.19)0.64Cr0.36(80
Figure A20081010619700058
)/Al2O3(20
Figure A20081010619700059
)Ni0.81Fe0.19(250
Figure A200810106197000510
)/Al2O3(20
Figure A200810106197000511
)Ta(80
Figure A200810106197000512
)；然后进行真空磁场热处理，退火炉本底真空度为3×10-5Pa，退火温度250℃，退火时间为2.5小时，退火场1000Oe制得薄膜；通过一般的半导体加工工艺将薄膜加工成线宽为40微米的磁电阻传感元件；再结合半导体加工工艺在元件两侧平行于条形元件沉积厚为3微米Ni0.81Fe0.19薄膜。沉积Ni0.81Fe0.19薄膜时，每沉积1微米Ni0.81Fe0.19薄膜前先沉积1000
Figure A200810106197000513
SiO2隔离层；亦就是说在沉积3微米Ni0.81Fe0.19薄膜时，会有3个1000SiO2隔离层，两侧Ni0.81Fe0.19薄膜的间距为30微米。
利用上述实施例制备的材料制成地磁测量传感器中的磁电阻元件，材料和元件的磁场灵敏度分别是0.75％/Oe和0.65％，再以双轴加速度传感器为俯仰角、横滚角测量传感器，配以合适的信号处理电路(包括调制解调、交流放大、直流放大、模数转换、微处理器、显示、串行通讯等)，组装成具有倾角补偿、硬磁及软磁干扰补偿功能的三维电子罗盘。经过测试，电子罗盘地磁方位角测量精度都优于±0.05°。

Claims (5)

1、一种用于磁电子罗盘的磁电阻薄膜材料，其特征在于，磁电阻薄膜材料组成结构为：(Ni0.81Fe0.19)0.64Cr0.36(50～
Figure A2008101061970002C1
)/Al2O3(10～
Figure A2008101061970002C2
)/Ni0.81Fe0.19(100～
Figure A2008101061970002C3
)/Al2O3(10～
Figure A2008101061970002C4
)/Ta(50～
Figure A2008101061970002C5
)。
2、权利要求1所述磁电阻薄膜材料的制备方法，其特征在于，在清洗干净的玻璃基片或单晶硅基片上依次沉积(Ni0.81Fe0.19)0.64Cr0.36(50～)/Al2O3(10～
Figure A2008101061970002C7
)/Ni0.81Fe0.19(100～
Figure A2008101061970002C8
)/Al2O3(10～
Figure A2008101061970002C9
)/Ta(50～
Figure A2008101061970002C10
)；然后在真空退火炉中进行真空磁场热处理，退火炉本底真空度为2×10-5～5×10-5Pa，退火温度200～300℃，退火时间为1～4小时，退火场500～1000Oe；再通过一般的半导体加工工艺将薄膜加工成线宽为2～50微米的磁电阻传感元件；在元件两侧平行于条形元件沉积厚为3～8微米Ni0.81Fe0.19薄膜。
3、如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，一般的半导体加工工艺是指：甩胶、曝光、显影、坚膜、刻蚀等。
4、如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，沉积3～8微米Ni0.81Fe0.19薄膜，有3～8个
Figure A2008101061970002C11
SiO2隔离层。
5、权利要求1所述磁电阻薄膜材料的用途，该材料用于磁电子罗盘，磁场灵敏度在0.6％/Oe以上。
CNA2008101061971A 2008-05-09 2008-05-09 一种用于磁电子罗盘的磁电阻薄膜材料及其制备方法 Pending CN101345117A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNA2008101061971A CN101345117A (zh) 2008-05-09 2008-05-09 一种用于磁电子罗盘的磁电阻薄膜材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNA2008101061971A CN101345117A (zh) 2008-05-09 2008-05-09 一种用于磁电子罗盘的磁电阻薄膜材料及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN101345117A true CN101345117A (zh) 2009-01-14

Family

ID=40247093

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNA2008101061971A Pending CN101345117A (zh) 2008-05-09 2008-05-09 一种用于磁电子罗盘的磁电阻薄膜材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101345117A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102623132A (zh) * 2012-03-30 2012-08-01 海南大学 利用表面活化剂提高各向异性磁电阻灵敏度的方法
US20130221959A1 (en) * 2012-02-27 2013-08-29 Alps Green Devices Co., Ltd. Electrical current sensor and method of manufacturing the same
CN106158235A (zh) * 2016-08-30 2016-11-23 电子科技大学 一种微米级磁通聚集薄膜及其制备方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130221959A1 (en) * 2012-02-27 2013-08-29 Alps Green Devices Co., Ltd. Electrical current sensor and method of manufacturing the same
US9081031B2 (en) * 2012-02-27 2015-07-14 Alps Green Devices Co., Ltd. Electrical current sensor and method of manufacturing the same
CN102623132A (zh) * 2012-03-30 2012-08-01 海南大学 利用表面活化剂提高各向异性磁电阻灵敏度的方法
CN106158235A (zh) * 2016-08-30 2016-11-23 电子科技大学 一种微米级磁通聚集薄膜及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103116143B (zh) 一体式高精度三轴磁传感器
US6103136A (en) Method for forming a soft adjacent layer (SAL) magnetoresistive (MR) sensor element with transversely magnetically biased soft adjacent layer (SAL)
US6013365A (en) Multi-layer structure and sensor and manufacturing process
US20030070497A1 (en) Rotation angle sensor capable of accurately detecting rotation angle
CN103323795B (zh) 一体式三轴磁传感器
CN101710525B (zh) 一种超高灵敏磁电阻薄膜材料及其制备方法
CN103076577A (zh) 一种检测磁场和加速度的传感器芯片设计与制造技术
US9121886B2 (en) Magnetoresistive sensor including an amorphous insertion layer excluding glass former elements
CN102867645A (zh) 一种提高各向异性磁电阻坡莫合金薄膜热稳定性的方法
CN101345117A (zh) 一种用于磁电子罗盘的磁电阻薄膜材料及其制备方法
CN112083211A (zh) 一种电流传感器
Kim et al. Magnetoresistance and interlayer diffusion in PtMn spin valves upon postdeposition annealing
CN107887103B (zh) 一种磁电阻薄膜材料及其制备方法
CN100349308C (zh) 霍尔元件、其制造方法及其应用
US6291087B1 (en) Magnetoresistive (MR) sensor element with enhanced resistivity sensitivity and enhanced magnetic exchange bias
CN101148754A (zh) 一种提高坡莫合金薄膜磁电阻变化率的方法
CN101373813A (zh) 一种改善各向异性磁电阻坡莫合金薄膜性能的方法
JP2000500292A (ja) 磁界センサ及び磁界センサの製造方法
US6358392B1 (en) Bismuth thin films structure and method of construction
CN1808734A (zh) 一种提高电子罗盘精度的磁电阻薄膜的制备方法
CN112577531B (zh) 一种磁传感器芯片抗电磁干扰结构及其制备方法
US20030138666A1 (en) Magnetic recording medium and magnetic storage device
JP3969002B2 (ja) 磁気センサ
CN104538147B (zh) 各向异性磁电阻薄膜的制造方法
CN100392775C (zh) 磁性颗粒薄膜材料及其制备方法和应用

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20090114