CN101853732B

CN101853732B - 产生磁性偏置场的多层薄膜结构

Info

Publication number: CN101853732B
Application number: CN 201010193329
Authority: CN
Inventors: 王建国; 薛松生
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-06-01
Filing date: 2010-06-01
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2030-06-01
Also published as: CN101853732A

Abstract

本发明涉及一种产生磁性偏置场的多层薄膜结构。其包括种子层与保护层；在种子层与保护层间可以设置至少一层磁性被钉扎层、至少一层非磁性钉扎层或是设置硬磁层；所述非磁性钉扎层为磁性被钉扎层提供磁性钉扎场，所述磁性钉扎场的方向与磁性偏置场的方向相同，磁性钉扎场能够保持磁性偏置场方向的稳定；当种子层与保护层间设置硬磁层时，种子层与保护层的外周面上缠绕有电流导线，电流导线在通入电流时，能够对硬磁层产生的磁性偏置场进行校正。本发明能够在受到较大外磁场干扰，并在外磁场撤掉后，所产生的磁性偏置场可以恢复，从而使磁性传感器系统可以正常工作，且没有功耗方面的损失。

Description

产生磁性偏置场的多层薄膜结构

技术领域

本发明涉及一种薄膜结构，尤其是一种产生磁性偏置场的多层薄膜结构，具体地说是一种用于磁性传感器的设计和制备中，提高磁性传感器的精度和线性度的薄膜结构。

背景技术

磁性偏置场技术在磁性传感器的设计和制备中得到广泛的应用，它的主要功能是降低磁性传感器的噪声和磁滞，提高磁性传感器的精度和对称性等(在计算机硬盘中磁头的应用)，还能够起到初始化磁性传感器的作用(在AMR电子罗盘芯片中的应用)。

在计算机硬盘磁头芯片的读头部分中，所采用的磁性偏置场是由一层硬磁薄膜材料产生的，这层硬磁薄膜材料具有较高的骄顽力和较高的剩磁，它所产生的偏置场的大小可以由调解厚度和剩磁来控制。在计算机硬盘读头芯片部分，所述硬磁薄膜上还设置有两层磁性屏蔽层，所述磁性屏蔽层保护了产生磁性偏置场的硬磁材料不受外场的干扰。但是，在其它磁性传感器的设计、制备及应用中，由于无法提供同硬盘相同的磁性屏蔽层，如果采用这种磁性偏置场技术，在遇到较大的外磁场干扰的情况下(外磁场大于硬磁薄膜的骄顽力)，硬磁薄膜所产生偏置场的方向会发生变化，从而不可恢复的改变了磁性的特性。

在AMR电子罗盘芯片的应用中，所采用的磁性偏置场是由一根集成在芯片上的电流导线所提供的，磁性偏置场的大小有通过电流导线的电流大小来设定。它的作用是，当AMR磁性传感器受干扰后，重新初始化AMR磁性传感器芯片。它的缺点是不能实时给磁性传感器提供偏置场，否则传感器的功耗会很大。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种产生磁性偏置场的多层薄膜结构，其能够在受到较大外磁场干扰，并在外磁场撤掉后，所产生的磁性偏置场可以恢复，从而使磁性传感器系统可以正常工作，且没有功耗方面的损失。

为实现上述发明目的，本发明提供的第一种技术方案为，所述产生磁性偏置场的多层薄膜结构，包括种子层；至少一层磁性被钉扎层，所述磁性被钉扎层产生磁性偏置场；至少一层非磁性钉扎层，所述非磁性钉扎层为磁性被钉扎层提供磁性钉扎场，所述磁性钉扎场的方向与磁性偏置场的方向相同，磁性钉扎场能够保持磁性偏置场方向的稳定。

所述种子层上方还设有保护层；所述保护层与种子层间设置至少一层磁性被钉扎层与至少一层非磁性钉扎层。所述非磁性钉扎层的材料包括MnIr或MnPt。所述磁性被钉扎层的材料包括CoFeB、CoFe、NiFe或CoFe、Ru与CoFe形成的复合层。所述保护层的材料包括Ta、Pt或Ti。

为实现上述发明目的，本发明提供的第二种技术方案为，所述产生磁性偏置场的多层薄膜结构，包括种子层；硬磁层，所述硬磁层位于种子层上，所述硬磁层产生磁性偏置场；电流导线，所述电流导线缠绕在种子层与硬磁层的复合层外周面上。

所述种子层上方还设有保护层，所述保护层位于硬磁层上；所述电流导线缠绕在种子层、硬磁层与保护层形成复合层的外周面。所述电流导线内通入电流，使电流导线产生磁场的方向与硬磁层产生磁性偏置场的方向相同，且电流导线产生的磁场使磁性偏置场的方向保持稳定。

本发明的优点：在种子层上设置至少一层非磁性钉扎层与至少一层磁性被钉扎层，通过非磁性钉扎层产生的磁性钉扎场使磁性被钉扎层产生的磁性偏置场的方向保持稳定，提高了抗干扰能力，工艺操作简单，减少了功耗损失。在种子层上设置硬磁层，硬磁层产生磁性偏置场，在电流导线内通入电流，使电流导线产生的磁场与硬磁层的磁性偏置场方向相同，且能够使在磁性偏置场在外加磁场作用下，能够保持磁性偏置场方向的稳定，工艺实现简单，抗干扰能力强。

附图说明

图1为本发明的第一种实施方式结构示意图。

图2为本发明的第二种实施方式结构示意图。

图3为本发明的第三种实施方式结构示意图。

图4为本发明的第四种实施方式结构示意图。

图5为本发明的第五种实施方式结构示意图。

图6为本发明的第六种实施方式结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1～图6所示：本发明包括种子层1、非磁性钉扎层2、磁性被钉扎层3、保护层4、磁性偏置场方向5、硬磁层6、电流导线7及电流8。

如图1所示，为采用四层结构的结构示意图。所述种子层1上设置非磁性钉扎层2，所述种子层1提供较好的晶格取向，为非磁性钉扎层2与磁性被钉扎层3间提供衬底。所述非磁性钉扎层2上设置磁性被钉扎层3，所述磁性被钉扎层3上设置保护层4，所述保护层4能够保护磁性被钉扎层3、非磁性钉扎层2与种子层1，延长薄膜结构的使用寿命。所述非磁性钉扎层2为磁性被钉扎层3提供一个磁性钉扎场，使磁性被钉扎层3产生的磁性偏置场的方向保持稳定。所述磁性被钉扎层3产生磁性偏置场的大小可以由非磁性钉扎层2与磁性被钉扎层3间排列顺序不同和磁性被钉扎层3的厚度不同来进行控制。所述磁性偏置场的方向由非磁性钉扎层2产生的磁性钉扎场的方向决定；所述非磁性钉扎层2产生的磁性钉扎场的方向由回火工艺决定。所述非磁性钉扎层2的回火是在270℃～330℃的温度范围、外磁场强度在5000高斯以上的场强下进行，所述外磁场的方向决定了磁性钉扎场的方向。

如图2所示，为采用四层结构的另一种结构示意图。所述种子层1上设置磁性被钉扎层3，所述磁性被钉扎层3上依次设有非磁性钉扎层2及保护层4。所述非磁性钉扎层2为磁性被钉扎层3提供一个磁性钉扎场，使磁性被钉扎层3产生的磁性偏置场的方向保持稳定。所述磁性被钉扎层3产生磁性偏置场的大小可以由非磁性钉扎层2与磁性被钉扎层3间排列顺序不同和磁性被钉扎层3的厚度不同来进行控制。所述磁性偏置场的方向由非磁性钉扎层2产生的磁性钉扎场的方向决定；所述非磁性钉扎层2产生的磁性钉扎场的方向由回火工艺决定。所述非磁性钉扎层2的回火是在270℃～330℃的温度范围、外磁场强度在5000高斯以上的场强下进行，所述外磁场的方向决定了磁性钉扎场的方向。

如图3所示，为采用五层结构的结构示意图。所述种子层1上方设有非磁性钉扎层2，所述非磁性钉扎层2的上下两侧均设置有磁性被钉扎层3。所述非磁性钉扎层2下方的磁性被钉扎层3位于种子层1上，磁性钉扎层2上方对应的磁性被钉扎层3上设有保护层4。

如图4所示，为采用五层结构的另一种实施结构示意图。所述种子层1与保护层4间设有两层非磁性钉扎层2与一层磁性被钉扎层3，所述非磁性钉扎层2位于磁性被钉扎层3的上下两侧。磁性被钉扎层3下方对应的非磁性钉扎层2位于种子层1上；磁性被钉扎层3上方对应的非磁性钉扎层2与保护层4连接。

如图5所示，为采用若干复合结构的示意图。所述种子层1与保护层4间设置若干非磁性钉扎层2与磁性被钉扎层3。

如图1～图5所示，所述磁性被钉扎层3产生的磁性偏置场的方向如5所示。磁性被钉扎层3的作用是提供偏置场，其大小由磁性被钉扎层3的材料特性和厚度决定；图1～图5中磁性被钉扎层3与非磁性钉扎层2间的顺利及数量不同时，所述薄膜结构产生的磁性偏置场的大小不同。所述磁性偏置场的方向5是由非磁性钉扎层2所产生的磁性钉扎场的方向决定。所述非磁性钉扎层2产生的磁性钉扎场的方向将由其回火工艺决定，回火工艺是在较大的外磁场和较高的温度下退火，所加的外磁场方向决定了磁性钉扎场的方向。所述非磁性钉扎层2产生的磁性钉扎场的方向与磁性被钉扎层3产生的磁性偏置场的方向相同，且磁性钉扎场的大小及其方向不受外磁场的干扰而发生变化。当磁性偏置场受外界磁场干扰而发生变化后，磁性钉扎场可以把磁性偏置场的方向重新设置回来，从而使磁性偏置场的方向保持稳定。

如图6所示，为本发明的第二种技术方案的结构示意图。所述种子层1上设置硬磁层6，所述硬磁层6上设置保护层4；所述种子层1与保护层4间的外周面上缠绕有电流导线7，当电流导线7内流过电流时，电流导线7产生的磁场方向与硬磁层6产生的磁性偏置场的方向相同。其中种子层1的作用是提供好的晶格取向；硬磁层6的作用是产生磁性偏置场；保护层4的作用保护整个多层膜结构，能够延长所述多层膜结构的使用寿命。

所述硬磁层6的材料具有较高的骄顽力和较高的剩磁，它所产生的磁性偏置场的大小可以由调解厚度和剩磁来控制；所述磁性偏置场的初始方向由冲磁工艺中的外磁场的方向来决定。所述硬磁层6的冲磁工艺是外加一个磁场强度高于硬磁材料6的骄顽力磁场，而外磁场的方向决定了磁性偏置场的方向5。电流导线7是缠绕在在种子层1与保护层4的外周面上，电流导线7内通过其电流8时，在电流导线7周围产生一个与磁性偏置场方向一致的一个磁场。当外界有较大的磁场干扰磁性偏置场时，硬磁层6产生磁性偏置场的方向5发生变化，在电流导线7内流过电流8，电流导线7在电流8作用下产生的磁场可以将硬磁层6的磁性偏置场的方向进行重新设定，使硬磁层6的磁性偏置场的方向保持稳定。所述电流8产生的磁场的强度要高于硬磁层6的骄顽力磁场，保证能够将硬磁层6在外磁场干扰下变化的磁性偏置场进行校正，抗干扰能力强。当硬磁层6的磁性偏置场方向校正后，可以断开电流导线7内的电流，降低了多层膜的功耗，节能环保。

本发明在种子层1上设置至少一层非磁性钉扎层2与至少一层磁性被钉扎层3，通过非磁性钉扎层2产生的磁性钉扎场使磁性被钉扎层3产生的磁性偏置场的方向保持稳定，提高了抗干扰能力，工艺操作简单，减少了功耗损失。在种子层1上设置硬磁层6，硬磁层6产生磁性偏置场，在电流导线7内通入电流8，使电流导线7产生的磁场与硬磁层6的磁性偏置场方向相同，且能够使在磁性偏置场在外加磁场作用下，能够保持磁性偏置场方向的稳定，工艺实现简单，抗干扰能力强。

Claims

1.一种产生磁性偏置场的多层薄膜结构，其特征是，该多层薄膜结构包括：

种子层；

至少一层磁性被钉扎层，所述磁性被钉扎层产生磁性偏置场；

至少一层非磁性钉扎层，所述非磁性钉扎层为所述磁性被钉扎层提供磁性钉扎场，所述磁性钉扎场的方向与所述磁性偏置场的方向相同，所述磁性钉扎场能够保持所述磁性偏置场方向的稳定；

所述非磁性钉扎层的回火工艺为：回火温度为270℃-330℃，回火时施加的外磁场为5000高斯以上；

所述非磁性钉扎层产生的所述磁性钉扎场的方向由回火时施加的外磁场的方向决定。

2.根据权利要求1所述的产生磁性偏置场的多层薄膜结构，其特征是，所述种子层上方还设有保护层；所述保护层与所述种子层之间设有至少一层磁性被钉扎层和至少一层非磁性钉扎层。

3.根据权利要求2所述的产生磁性偏置场的多层薄膜结构，其特征是，所述保护层的材料包括Ta、Pt或Ti。

4.根据权利要求1所述的产生磁性偏置场的多层薄膜结构，其特征是，所述非磁性钉扎层的材料包括MnIr或MnPt。

5.根据权利要求1所述的产生磁性偏置场的多层薄膜结构，其特征是：所述磁性被钉扎层的材料包括CoFeB、CoFe或NiFe，或者CoFe、Ru与CoFe形成的复合层。

6.一种产生磁性偏置场的多层薄膜结构，其特征是，该多层薄膜结构包括：

种子层；

硬磁层，所述硬磁层位于所述种子层上，所述硬磁层产生磁性偏置场；

电流导线，所述电流导线缠绕在所述种子层和所述硬磁层形成的复合层外周面上；

所述电流导线内通入电流，使所述电流导线产生的磁场的方向与所述硬磁层产生的所述磁性偏置场的方向相同，且所述电流导线产生的磁场使所述磁性偏置场的方向保持稳定。

7.根据权利要求6所述的产生磁性偏置场的多层薄膜结构，其特征是，所述种子层上方还设有保护层，所述保护层位于所述硬磁层上；所述电流导线缠绕在所述种子层、所述硬磁层和所述保护层形成的复合层的外周面上。