CN104575934A - 一种磁电阻薄膜材料、制备方法及磁传感器及元件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种磁电阻薄膜材料、制备方法、磁传感器及元件，所述磁电阻薄膜材料包括：缓冲层，所述缓冲层上方设置有第一HfO2层，所述第一HfO2层上方设置有NixFey层，所述NixFey层上方设置有第二HfO2层，所述第二HfO2层上方设置有保护层。通过设置含有缓冲层、第一HfO2层、NixFey层、第二HfO2层和保护层的结构，既阻碍缓冲层、保护层与NixFey层间的扩散，也能阻止它们之间的可能的界面化学反应，又可以改善自旋电子散射途径；并且HfO2具有较强的自旋轨道耦合作用及HfO2自身所带磁性，从而显示出极为突出的磁电阻，磁电阻薄膜材料结构设计简单，制作方便，磁电阻值提高明显。
Description
技术领域
本发明涉及磁性薄膜材料技术领域，特别是指一种磁电阻薄膜材料、制备方法、磁传感器及元件。
背景技术
近年来，各向异性磁电阻坡莫合金薄膜材料可用来制作计算机硬盘读头、磁性随机存储器和各类磁传感器等应用器件，广泛地用于自动化技术、家用电器、导航系统、移动通讯、大容量存储器和计算机等领域。另外，各向异性磁电阻器件的电阻值比隧道磁电阻器件的电阻值小得多，这非常有利于器件的使用。为了实现先进的磁传感器等器件的高灵敏度和低噪声等特点，要求坡莫合金薄膜材料薄膜必须做的很薄，矫顽力很小，且各向异性磁电阻值尽可能大，磁场灵敏度尽可能高。为了提高磁传感器性能，迫切需要提高坡莫合金薄膜材料的磁电阻值。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种磁电阻薄膜材料、制备方法、磁传感器及元件，能够提高材料的磁电阻。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种磁电阻薄膜材料,所述磁电阻薄膜材料包括：缓冲层，所述缓冲层上方设置有第一HfO2层，所述第一HfO2层上方设置有NixFey层，所述NixFey层上方设置有第二HfO2层，所述第二HfO2层上方设置有保护层，其中，0＜x＜100，x为整数，0＜y＜100，y为整数。
优选的,所述NixFey层为NiFe层。
优选的,y＝100-x。
优选的,所述第一HfO2层和第二HfO2层为经过退火处理的纳米氧化层。
优选的,所述缓冲层为Ta层或NiFeCr层，所述保护层为Ta层或Pt层。
优选的,所述缓冲层的厚度为所述第一HfO2层的厚度为 所述NixFe100-x层的厚度为所述第二HfO2层的厚度为 所述保护层的厚度为
优选的,所述缓冲层的厚度为所述第一HfO2层的厚度为所述NixFe100-x层的厚度为所述第二HfO2层的厚度为所述保护层的厚度为
本发明还提供一种磁电阻薄膜材料制备方法，所述方法包括：
在平行于制备基片的方向上添加100Oe至200Oe的磁场；
在真空度为2×10-5Pa至4×10-5Pa，溅射时稀有气体压力为0.2Pa至0.8Pa的条件依次沉积缓冲层、第一HfO2层、NixFey层、第二HfO2层和保护层；
在薄膜材料沉积完成前，对制备基片进行反溅；
对沉积后的薄膜材料进行真空磁场热处理,退火炉本底真空度为6×10-5Pa至1000×10-5Pa，退火温度300℃至400℃，退火时间为0.5小时至2小时，退火场为200Oe至1000Oe，得到所述磁电阻薄膜材料。
优选的，所述平行于制备基片的方向上添加的磁场为150Oe；
在真空度为3×10-5Pa，溅射时稀有气体压力为0.5Pa的条件依次沉积缓冲层、第一HfO2层、NixFey层、第二HfO2层和保护层；
在薄膜材料沉积完成前，对制备基片进行反溅2至5分钟；
对沉积后的薄膜材料进行真空磁场热处理,退火炉本底真空度为8×10-5Pa，退火温度350℃，退火时间为1小时，退火场为800Oe。
本发明还提供一种磁传感器，所述磁传感器采用所述的磁电阻薄膜材料制作而成。
本发明还提供一种磁传感元件，所述磁传感元件采用所述的磁电阻薄膜材料制作而成。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，通过设置含有缓冲层、第一HfO2层、NixFey层、第二HfO2层和保护层的结构，既阻碍缓冲层、保护层与NixFey层间的扩散，也能阻止它们之间的可能的界面化学反应，又可以改善自旋电子散射途径；并且HfO2具有较强的自旋轨道耦合作用及HfO2自身所带磁性，从而显示出极为突出的磁电阻，磁电阻薄膜材料结构设计简单，制作方便，磁电阻值提高明显。
附图说明
图1为本发明的实施例的磁电阻薄膜材料结构图；
图2为本发明的实施例的磁电阻薄膜材料磁电阻值对比曲线图；
图3为本发明的实施例的磁电阻薄膜材料制备流程图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
如图1所示，本发明的实施例一种磁电阻薄膜材料,所述磁电阻薄膜材料包括：缓冲层1，所述缓冲层1上方设置有第一HfO2层2，所述第一HfO2层2上方设置有NixFey层3，所述NixFey层3上方设置有第二HfO2层4，所述第二HfO2层4上方设置有保护层5，其中，0＜x＜100，x为整数，0＜y＜100，y为整数。
优选的,所述NixFey层为NiFe层。
优选的,y＝100-x。
优选的,所述第一HfO2层和第二HfO2层为经过退火处理的纳米氧化层。
优选的,所述缓冲层为Ta层或NiFeCr层，所述保护层为Ta层或Pt层。
优选的,所述缓冲层的厚度为所述第一HfO2层的厚度为 所述NixFe100-x层的厚度为所述第二HfO2层的厚度为 所述保护层的厚度为
优选的,所述缓冲层的厚度为所述第一HfO2层的厚度为所述NixFe100-x层的厚度为所述第二HfO2层的厚度为所述保护层的厚度为
实施例一
一种磁电阻薄膜材料,所述磁电阻薄膜材料包括：缓冲层，所述缓冲层上方设置有第一HfO2层，所述第一HfO2层上方设置有NixFey层，所述NixFey层上方设置有第二HfO2层，所述第二HfO2层上方设置有保护层，所述缓冲层的厚度为所述第一HfO2层的厚度为所述NixFe100-x层的厚度为所述第二HfO2层的厚度为所述保护层的厚度为
实施例二
一种磁电阻薄膜材料,所述磁电阻薄膜材料包括：缓冲层，所述缓冲层上方设置有第一HfO2层，所述第一HfO2层上方设置有NixFey层，所述NixFey层上方设置有第二HfO2层，所述第二HfO2层上方设置有保护层，所述缓冲层的厚度为所述第一HfO2层的厚度为所述NixFe100-x层的厚度为所述第二HfO2层的厚度为所述保护层的厚度为
实施例三
一种磁电阻薄膜材料,所述磁电阻薄膜材料包括：缓冲层，所述缓冲层上方设置有第一HfO2层，所述第一HfO2层上方设置有NixFey层，所述NixFey层上方设置有第二HfO2层，所述第二HfO2层上方设置有保护层，所述缓冲层的厚度为所述第一HfO2层的厚度为所述NixFe100-x层的厚度为所述第二HfO2层的厚度为所述保护层的厚度为
如图2所示，采用常规的四探针方法测的本发声明的磁电阻薄膜材料与传统的磁电阻薄膜材料的磁电阻输出曲线，本发声明的磁电阻薄膜材料与传统的磁电阻薄膜材料相比的磁电阻值有明显的提高。
本发声明的磁电阻薄膜材料与传统的磁电阻薄膜材料相比
如图3所示，本发明实施例的一种磁电阻薄膜材料制备方法，所述方法包括：
步骤301：在平行于制备基片的方向上添加100Oe至200Oe的磁场。
步骤302：在真空度为2×10-5Pa至4×10-5Pa，溅射时稀有气体压力为0.2Pa至0.8Pa的条件依次沉积缓冲层、第一HfO2层、NixFey层、第二HfO2层和保护层。
步骤303：在薄膜材料沉积完成前，对制备基片进行反溅。
步骤304：对沉积后的薄膜材料进行真空磁场热处理,退火炉本底真空度为6×10-5Pa至1000×10-5Pa，退火温度300℃至400℃，退火时间为0.5小时至2小时，退火场为200Oe至1000Oe，得到所述磁电阻薄膜材料。
优选的，所述平行于制备基片的方向上添加的磁场为150Oe；
在真空度为3×10-5Pa，溅射时稀有气体压力为0.5Pa的条件依次沉积缓冲层、第一HfO2层、NixFey层、第二HfO2层和保护层；
在薄膜材料沉积完成前，对制备基片进行反溅2至5分钟；
对沉积后的薄膜材料进行真空磁场热处理,退火炉本底真空度为8×10-5Pa，退火温度350℃，退火时间为1小时，退火场为800Oe。
本发明还提供一种磁传感器，所述磁传感器采用所述的磁电阻薄膜材料制作而成。
本发明还提供一种磁传感元件，所述磁传感元件采用所述的磁电阻薄膜材料制作而成。
本发明的磁电阻薄膜材料、制备方法、磁传感器及元件，通过设置含有缓冲层、第一HfO2层、NixFey层、第二HfO2层和保护层的结构，既阻碍缓冲层、保护层与NixFey层间的扩散，也能阻止它们之间的可能的界面化学反应，又可以改善自旋电子散射途径；并且HfO2具有较强的自旋轨道耦合作用及HfO2自身所带磁性，从而显示出极为突出的磁电阻，磁电阻薄膜材料结构设计简单，制作方便，磁电阻值提高明显。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (11)
1.一种磁电阻薄膜材料,其特征在于,所述磁电阻薄膜材料包括：缓冲层，所述缓冲层上方设置有第一HfO2层，所述第一HfO2层上方设置有NixFey层，所述NixFey层上方设置有第二HfO2层，所述第二HfO2层上方设置有保护层，其中，0＜x＜100，x为整数，0＜y＜100，y为整数。
2.根据权利要求1所述的磁电阻薄膜材料,其特征在于,所述NixFey层为NiFe层。
3.根据权利要求1所述的磁电阻薄膜材料,其特征在于,y＝100-x。
4.根据权利要求1所述的磁电阻薄膜材料,其特征在于,所述第一HfO2层和第二HfO2层为经过退火处理的纳米氧化层。
5.根据权利要求1所述的磁电阻薄膜材料,其特征在于,所述缓冲层为Ta层或NiFeCr层，所述保护层为Ta层或Pt层。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的磁电阻薄膜材料,其特征在于,所述缓冲层的厚度为所述第一HfO2层的厚度为所述NixFe100-x层的厚度为所述第二HfO2层的厚度为所述保护层的厚度为
7.根据权利要求6所述的磁电阻薄膜材料,其特征在于,所述缓冲层的厚度为所述第一HfO2层的厚度为所述NixFe100-x层的厚度为所述第二HfO2层的厚度为所述保护层的厚度为
8.一种磁电阻薄膜材料制备方法，其特征在于，所述方法包括：
在平行于制备基片的方向上添加100Oe至200Oe的磁场；
在真空度为2×10-5Pa至4×10-5Pa，溅射时稀有气体压力为0.2Pa至0.8Pa的条件依次沉积缓冲层、第一HfO2层、NixFey层、第二HfO2层和保护层；
在薄膜材料沉积完成前，对制备基片进行反溅；
对沉积后的薄膜材料进行真空磁场热处理,退火炉本底真空度为6×10-5Pa至1000×10-5Pa，退火温度300℃至400℃，退火时间为0.5小时至2小时，退火场为200Oe至1000Oe，得到所述磁电阻薄膜材料。
9.根据权利要求8所述的磁电阻薄膜材料制备方法，其特征在于，所述平行于制备基片的方向上添加的磁场为150Oe；
在真空度为3×10-5Pa，溅射时稀有气体压力为0.5Pa的条件依次沉积缓冲层、第一HfO2层、NixFey层、第二HfO2层和保护层；
在薄膜材料沉积完成前，对制备基片进行反溅2至5分钟；
对沉积后的薄膜材料进行真空磁场热处理,退火炉本底真空度为8×10-5Pa，退火温度350℃，退火时间为1小时，退火场为800Oe。
10.一种磁传感器，其特征在于，所述磁传感器采用权利要求1至7任意一项所述的磁电阻薄膜材料制作而成。
11.一种磁传感元件，其特征在于，所述磁传感元件采用权利要求1至7任意一项所述的磁电阻薄膜材料制作而成。
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-
2015
- 2015-02-02 CN CN201510052493.8A patent/CN104575934A/zh active Pending
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