CN102943153B

CN102943153B - 一种自旋阀磁阻元件的热磁处理装置及方法

Info

Publication number: CN102943153B
Application number: CN2012105075630A
Authority: CN
Inventors: 佘以军; 黄春奎
Original assignee: 710th Research Institute of CSIC
Current assignee: 710th Research Institute of CSIC
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2032-11-30
Also published as: CN102943153A

Abstract

本发明涉及一种自旋阀磁阻元件的热磁处理装置及方法。所述装置包括导片器、加热器、“D”形软磁体、环形磁场线圈和收集器；所述方法包括将自旋阀磁阻元件推入，元件从预加热区依次经过高温加热区、高温稳定区进行加热，然后进入“D”形软磁体直边中部的水平间隙进行低频强磁处理；随着元件继续被推进，处理后的元件不断滑入元件收集器中。所述方法可以消除磁阻元件屏蔽材料层的晶格缺陷，减小磁滞区几何中心对应于磁场输出的坐标系的原点的离散区域和微分磁导率的离散性，从而提高元件的稳定性和灵敏度。

Description

一种自旋阀磁阻元件的热磁处理装置及方法

技术领域

本发明涉及一种自旋阀磁阻元件的热磁处理装置及方法。

背景技术

自旋阀磁阻元件具有弱磁场测量磁场较小，灵敏度较高，较高的频率响应特性，且尺寸小，质量轻，在军事、工业、民用等领域有广泛的应用空间。在自旋阀磁阻元件的制备过程中，通过在晶元上进行磁控溅射制备屏蔽材料层，所述屏蔽材料层为软磁材料，厚度为十几个纳米。由于在磁控溅射过程中，产生的屏蔽材料层具有厚度不均匀、微凸、微凹等各种缺陷，以及多层膜间存在的电磁应力作用，产生了较大的磁滞区域。尤其在低频磁场下时，输出电压零位随机漂移和微分磁导率的离散性较大，限制了该元件的应用范围。因此需要通过对自旋阀磁阻元件的热磁处理，使磁滞区域减小，微分磁导率的离散性减小，从而减小该元件的电压零位随机漂移的区域，改善其响应磁场输出的性能，解决自旋阀磁阻元件的电压零位输出稳定性问题，提高其灵敏度。国外有通过超导设备产生大于8T的强磁场，对自旋阀磁阻元件进行处理，但该设备国内无法生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种自旋阀磁阻元件的热磁处理装置及方法，通过对自旋阀磁阻元件的热磁处理，减小其电压零位随机漂移的区域，减小微分磁导率的离散性，提高其灵敏度。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下。

一种自旋阀磁阻元件的热磁处理装置，所述装置包括导片器、加热器、“D”形软磁体、环形磁场线圈和收集器；

所述导片器为管状结构，在导片器中部沿轴向开有供自旋阀磁阻元件通过的导片槽,导片槽两端分别为入口端和出口端；在导片槽入口端设有可将自旋阀磁阻元件推入导片槽内的推杆机构；在推杆机构前方，导片槽斜上方位置设有预热区进气口；在导片槽出口端的垂直方向上设有两个降温进气口，所述预热区进气口和降温进气口均与导片槽相通；导片槽出口端接收集器；导片槽采用导热、绝缘、耐磨的材料制造。

所述加热器包覆在导片器外部；加热器设有三个加热区域，从自旋阀磁阻元件入口端到出口端依次是预加热区、高温加热区和高温稳定区；优选预加热区和高温加热区的加热通过加热丝实现；高温稳定区的加热通过在导片器的两边各设置一个片式加热器实现，以减小磁气隙的温度波动；在加热器外部包覆有保温层；

所述“D”形软磁体的直边中部开有供自旋阀磁阻元件通过的水平间隙；优选“D”形软磁体直边的截面直径为50mm；所述“D”形软磁体由高磁饱和材料棒制造，为处理磁阻元件提供强磁场工作源；

所述环形磁场线圈包覆在“D”形软磁体框架的外圆周表面，为绝缘导线绕制的厚壁线圈环；优选所述绝缘导线为漆包线；

所述“D”形软磁体的直边与导片器垂直，导片器末端穿过“D”形软磁体直边中部的水平间隙；高温稳定区和两个降温进气口的末端均位于“D”形软磁体的水平间隙内，两个降温进气口的末端位于高温稳定区和导片器出口端之间；自旋阀磁阻元件经导片槽通过“D”形软磁体的水平间隙，由导片槽出口端通过收集器收集。

一种自旋阀磁阻元件的热磁处理方法，所述方法步骤如下：

步骤一、将自旋阀磁阻元件放入导片槽入口端，通过推杆机构将元件推入预加热区，并通过预加热区进气口向导片槽内输入压力为P₁的压缩空气，使元件均匀加热；

步骤二、元件从预加热区依次经过高温加热区、高温稳定区进行加热，然后进入“D”形软磁体直边中部的水平间隙进行低频强磁处理；在元件进入高温稳定区后的推进过程中，通过降温进气口向导片槽内输入压力为P₂的压缩空气，对元件进行降温冷却，同时通过“D”形软磁体产生的磁场对元件进行低频强磁处理；为了保证从降温进气口通入的冷空气不能进入加热区，P₁大于P₂；

步骤三、逐个推进元件，随着元件继续被推进，处理后的元件不断滑入元件收集器中。

优选步骤一中，将元件推入导片槽的速度为20片／min；

优选在步骤二中，低频强磁处理区域位于“D”形软磁体直边中部的水平间隙处，包括高温稳定区和降温冷却区；对环形磁场线圈通入交变电流，为“D”形软磁体提供低频饱和磁场，所述磁场强度大于1.8T，变化频率为0~25Hz；

所述预加热区的温度为100～105℃，优选为100℃；所述高温加热区、高温稳定区的温度为178~182℃，优选为180℃；

优选P₁为0.4～0.5Pa，P₂为0.2～0.3Pa；

优选预加热区长度为120~125mm，高温加热区长度为80~100mm、高温稳定区长度为40~50mm；

对自旋阀磁阻元件进行加热的目的如下：在180℃下，自旋阀磁阻元件的屏蔽纳米层的原子磁矩处于高温热运动下，在宏观上已没有磁性。此时，如果在屏蔽纳米层的短轴上施加低频强磁场，可改善屏蔽纳米层的微观结构。

有益效果

1.本发明提供了一种自旋阀磁阻元件的热磁处理装置及方法，所述方法对自旋阀磁阻元件采用先加热再晶化的方式，具体为在预加热区进行加热，使分子产生热运动；在高温加热区使分子晶化，消除晶格缺陷；在高温稳定区使分子重新排列，得到需要的形状；然后从降温进气口通入压缩空气，对元件进行降温冷却，使分子在高温下的排列方式固定，因此可以消除屏蔽材料层的晶格缺陷，减小磁阻元件的磁滞区的几何中心对应于磁场输出的坐标系的原点的离散区域和微分磁导率的离散性，从而提高元件的稳定性和灵敏度。

2.所述装置采用“D”形软磁体在屏蔽材料层的短轴上施加低频强磁场，改善其微观结构，由于“D”形软磁体的内外径磁路的长度不同，在磁体的内部的磁感应强度存在梯度。将磁工作气隙设置“D”形软磁体直棒的中部，利用直棒的长度来提高气隙磁场均匀度。在“D”形软磁体上绕有环形磁场线圈，在线圈中通入低频工作电流，可在“D”形软磁体的气隙处产生大于1.8T磁感强度，作为磁处理自旋阀磁阻元件的强磁工作源。

附图说明

图1是本发明所述的自旋阀磁阻元件的热磁处理装置的正视图。

图2是本发明所述的自旋阀磁阻元件的热磁处理装置的俯视图。

图3是本发明所述的“D”形软磁体及环形磁场线圈结构示意图。

图4是本发明所述的导片器的正视图。

图5是本发明所述的导片器的俯视图。

图6是本发明所述的加热器的正视图。

图7是本发明所述的加热器的俯视图。

其中，1－预加热区进气口、2－导片器、3－加热器、4－“D”形软磁体、5－环形磁场线圈、6－收集器、7－推杆机构、8－预加热区、9－高温加热区、10－高温稳定区、11－降温进气口、12－自旋阀磁阻元件、13－导片槽、14－加热丝、15－保温层、16－片式加热器。

具体实施方式

下面通过实施例，对本发明进一步说明。

实施例

如图1所示的一种自旋阀磁阻元件的热磁处理装置，所述装置包括导片器2、加热器3、“D”形软磁体4、环形磁场线圈5和收集器6；

所述导片器2为管状结构，在导片器2中部沿轴向开有供自旋阀磁阻元件12通过的导片槽13,导片槽13两端分别为入口端和出口端，导片槽13可选择不同的横截面尺寸，以分别适应于SOP8、STO-23、TO-94封装的元件12通过；在导片槽13入口端设有可将自旋阀磁阻元件12推入导片槽13内的推杆机构7；在推杆机构7前方，导片槽13斜上方位置设有预热区进气口1；在导片槽13出口端的垂直方向上设有两个降温进气口11，所述预热区进气口1和降温进气口11均与导片槽13相通；导片槽13出口端接收集器6；导片槽13采用导热、绝缘、耐磨的材料制造。

所述加热器3包覆在导片器2外部；加热器3的加热源采用12V直流电源，设有三个加热区域，分别是预加热区8、高温加热区9和高温稳定区10，每个加热区分别布置一个小型温度传感器；其中预加热区8位于自旋阀磁阻元件12入口端，可将自旋阀磁阻元件12加热到100℃左右；高温加热区9位于预加热区8和高温稳定区10之间，可在较短的时间内将自旋阀磁阻元件12加热到180℃左右；高温稳定区10与自旋阀磁阻元件12出口端连接，温度稳定在180℃左右；预加热区8和高温加热区9的加热通过加热丝14实现，加热丝14为Cr20Ni80材料制作；高温稳定区10的加热通过在导片器2的两边各设置一个片式加热器16实现，以减小“D”形软磁体4水平间隙的的温度波动；在加热丝14和片式加热器16外部均包覆有保温层15，保温层15采用保温性能好的SiO₂材料的纤维棉、纤维布、纤维绳制作；

所述“D”形软磁体4的直边中部开有供自旋阀磁阻元件12通过的水平间隙，所述水平间隙的宽度为几个毫米；“D”形软磁体4直边的截面直径为50mm；所述“D”形软磁体4采用精密合金1J22材料棒经锻造、机械加工、热处理等工艺过程制造，为处理磁阻元件12提供强磁场工作源；

所述环形磁场线圈5包覆在“D”形软磁体4框架的外圆周表面，为漆包线绕制的厚壁线圈环；

所述“D”形软磁体4的直边与导片器2垂直，导片器2末端穿过“D”形软磁体4直边中部的水平间隙；高温稳定区10和两个降温进气口11的末端均位于“D”形软磁体4的水平间隙内，两个降温进气口11的末端位于高温稳定区10和导片器2出口端之间；自旋阀磁阻元件12经导片槽13通过“D”形软磁体4的水平间隙，由导片槽13出口端通过收集器6收集。

一种自旋阀磁阻元件的热磁处理方法，所述方法步骤如下：

步骤一、将自旋阀磁阻元件12放入导片槽13入口端，通过推杆机构7将元件12以20片／min的速度推入预加热区8，并通过预加热区进气口1向导片槽13内输入压力为P₁的压缩空气，使元件12均匀加热；

步骤二、元件12从预加热区8依次经过高温加热区9、高温稳定区10进行加热，然后进入“D”形软磁体4直边中部的水平间隙进行低频强磁处理；

所述预加热区8的温度为100℃；所述高温加热区9、高温稳定区10的温度为180℃；预加热区8长度为120~125mm，高温加热区9长度为80~100mm、高温稳定区10长度为40~50mm；

所述低频强磁处理区域位于“D”形软磁体4直边中部的水平间隙处，包括高温稳定区10和降温冷却区，对环形磁场线圈5通入36V低频工作电流，为“D”形软磁体4提供低频饱和磁场，所述磁场强度大于1.8T，变化频率为0~25Hz；在元件12进入高温稳定区10后的推进过程中，通过降温进气口11向导片槽13内输入压力为P₂的压缩空气，对元件12进行降温冷却，同时通过“D”形软磁体4产生的磁场对元件12进行低频强磁处理；

为了保证从降温进气口11通入的冷空气不能进入加热区8、9，P₁为0.4～0.5Pa，P₂为0.2～0.3Pa；

步骤三、逐个推进元件12，随着元件12继续被推进，处理后的元件12不断滑入收集器6中。

经过上述处理，可将自旋阀磁阻元件12的电压零位随机漂移和微分磁导率的离散性现象降低10~15%，提高了元件12的灵敏度和可靠性。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种自旋阀磁阻元件的热磁处理装置，其特征在于：所述装置包括导片器（2）、加热器（3）、“D”形软磁体（4）、环形磁场线圈（5）和收集器（6）；

所述导片器（2）为管状结构，在导片器（2）中部沿轴向开有供自旋阀磁阻元件（12）通过的导片槽（13）,导片槽（13）两端分别为入口端和出口端；在导片槽（13）入口端设有可将自旋阀磁阻元件（12）推入导片槽（13）内的推杆机构（7）；在推杆机构（7）前方，导片槽（13）斜上方位置设有预热区进气口（1）；在导片槽（13）出口端的垂直方向上设有两个降温进气口（11），所述预热区进气口（1）和降温进气口（11）均与导片槽（13）相通；导片槽（13）出口端接收集器（6）；

所述加热器（3）包覆在导片器（2）外部；加热器（3）设有三个加热区域，从自旋阀磁阻元件（12）入口端到出口端依次是预加热区（8）、高温加热区（9）和高温稳定区（10）；在加热器（3）外部包覆有保温层（15）；

所述“D”形软磁体（4）的直边中部开有供自旋阀磁阻元件（12）通过的水平间隙；

所述环形磁场线圈（5）包覆在“D”形软磁体（4）框架的外圆周表面，为绝缘导线绕制的厚壁线圈环；

所述“D”形软磁体（4）的直边与导片器（2）垂直，导片器（2）末端穿过“D”形软磁体（4）直边中部的水平间隙；高温稳定区（10）和两个降温进气口（11）的末端均位于“D”形软磁体（4）的水平间隙内，两个降温进气口（11）的末端位于高温稳定区（10）和导片器（2）出口端之间；自旋阀磁阻元件（12）经导片槽（13）通过“D”形软磁体（4）的水平间隙，由导片槽（13）出口端通过收集器（6）收集。

2.根据权利要求1所述的一种自旋阀磁阻元件的热磁处理装置，其特征在于：其中预加热区（8）和高温加热区（9）的加热通过加热丝（14）实现；高温稳定区（10）的加热通过在导片器（2）的两边各设置一个片式加热器（16）实现。

3.根据权利要求1所述的一种自旋阀磁阻元件的热磁处理装置，其特征在于：所述“D”形软磁体（4）直边的截面直径为50mm。

4.根据权利要求1所述的一种自旋阀磁阻元件的热磁处理装置，其特征在于：所述预加热区（8）长度为120～125mm，高温加热区（9）长度为80～100mm、高温稳定区（10）长度为40～50mm。

5.根据权利要求1所述的一种自旋阀磁阻元件的热磁处理装置，其特征在于：所述绕制环形磁场线圈（5）的绝缘导线为漆包线。

6.一种自旋阀磁阻元件的热磁处理方法，所述方法使用如权利要求1～5任一项所述的自旋阀磁阻元件的热磁处理装置，其特征在于：所述方法步骤如下：

步骤一、将自旋阀磁阻元件（12）放入导片槽（13）入口端，通过推杆机构（7）将元件（12）推入预加热区（8），并通过预加热区进气口（1）向导片槽（13）内输入压力为P₁的压缩空气，使元件（12）均匀加热；

步骤二、元件（12）从预加热区（8）依次经过高温加热区（9）、高温稳定区（10）进行加热，然后进入“D”形软磁体（4）直边中部的水平间隙；在元件（12）进入高温稳定区（10）后的推进过程中，通过降温进气口（11）向导片槽（13）内输入压力为P₂的压缩空气，对元件（12）进行降温冷却，同时通过“D”形软磁体（4）产生的磁场对元件（12）进行低频强磁处理；为了保证从降温进气口（11）通入的冷空气不能进入加热区（8、9），P₁大于P₂；

步骤三、逐个推进元件（12），随着元件（12）继续被推进，处理后的元件（12）不断滑入收集器（6）中。

7.根据权利要求6所述的一种自旋阀磁阻元件的热磁处理方法，其特征在于：在步骤二中，低频强磁处理区域位于“D”形软磁体（4）直边中部的水平间隙处；对环形磁场线圈（5）通入交变电流，为“D”形软磁体（4）提供低频饱和磁场，所述磁场强度大于1.8T，变化频率为0～25Hz。

8.根据权利要求6所述的一种自旋阀磁阻元件的热磁处理方法，其特征在于：在步骤二中，所述预加热区（8）的温度为100～105℃，所述高温加热区（9）、高温稳定区（10）的温度为178～182℃。

9.根据权利要求6所述的一种自旋阀磁阻元件的热磁处理方法，其特征在于：在步骤一中，将元件（12）推入导片槽（13）的速度为20片／min。