CN105470276B - 一种高性能磁阻器件及制造工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高性能磁阻器件及制造工艺，通过多个科比诺圆盘的串联结构，取代传统的长条形磁阻器件，在获得最大磁阻效应的同时，又具备较大的输入阻抗。

Description

一种高性能磁阻器件及制造工艺
技术领域
本发明涉及一种高性能磁阻器件及制造工艺。
背景技术
现有技术中的长条形磁阻器件，由于霍尔效应，正负电荷会分别在磁阻器件的两侧聚集，因此会在磁阻器件上设置多个从其一侧向另一侧延伸的短路条9来消除聚集电荷，如附图1，然而此种方法并不能完全消除聚集电荷，在短路条之间处仍会有残余电荷，因此效果有限。物理上，科比诺圆盘具有最高的磁阻效应。但由于输入电阻很小，而无法实际应用。
发明内容
为克服上述缺点，本发明的目的在于提供一种高性能磁阻器件及制造工艺。
为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种高性能磁阻器件，它包括基底、在基底之上的依次排布的多个InSb薄膜圆盘、在InSb薄膜圆盘之上的环形电极、在InSb薄膜圆盘之上并位于环形电极内侧的中心电极、在环形电极之上并部分覆盖环形电极的绝缘膜，高性能磁阻器件还包括第一电极、第二电极以及多个连接电极，设InSb薄膜圆盘为n个，连接电极为n+1个，n≥2，并设1＜x≤n，n和x均为整数，第1个连接电极的一端与第一电极相连接，另一端跨过位于第1个InSb薄膜圆盘上的绝缘膜并与第1个InSb薄膜圆盘上的中心电极相连接，第x个连接电极的一端与第x-1个InSb薄膜圆盘上的环形电极相连接，另一端跨过位于第x个InSb薄膜圆盘上的绝缘膜并与第x个InSb薄膜圆盘上的中心电极相连接，第n+1个连接电极的一端与第n个InSb薄膜圆盘上的环形电极相连接，另一端与第二电极相连接。
进一步地，绝缘膜覆盖在各环形电极上，且在每个环形电极上方开有多个第一透口和多个第二透口以使每个环形电极有部分从第一透口中露出，中心电极从第二透口中露出。
进一步地，环形电极沿InSb薄膜圆盘的外缘部设置。
进一步地，绝缘膜材料优选为SiO2。
进一步地，基底包括由下至上依次设置的衬底层、过渡层、绝缘层，过渡层材料为化合物，该化合物含有包括In在内的与In同族的至少一种金属元素，所述的化合物中至少含有Sb，化合物中除Sb外仅含有In所在族中的金属元素。
更进一步地，绝缘层材料为In2O3或SiO2。
若在高性能磁阻器件制作过程中，对InSb进行退火处理时的更进一步地，退火温度低于InSb的熔点，则过渡层材料为InSb，若在高性能磁阻器件制作过程中，对InSb进行退火处理时的退火温度高于InSb的熔点，则过渡层材料为除InSb外的其他所述化合物。
更进一步地，衬底层材料为陶瓷、硅、铁氧体或云母。
进一步地，基底材料为陶瓷、硅、铁氧体或云母。
本发明还提供了另一种技术方案：上述的一种高性能磁阻器件的制造工艺，包括以下步骤：
A.在基底上表面生长InSb薄膜，并通过半导体光刻工艺形成多个InSb薄膜圆盘，得到器件A；
B. 在器件A的上表面蒸发形成电极金属膜层，并通过半导体光刻工艺使电极金属膜层形成位于InSb薄膜圆盘上表面的环形电极和中心电极，得到器件B；
C.在器件B的上表面蒸发形成绝缘膜层，通过半导体光刻工艺将绝缘膜层的对应每个环形电极处进行光刻并使每个环形电极有部分露出，从而形成绝缘膜，得到器件C；
D.在器件C的上表面蒸发形成另一电极金属膜层，通过半导体光刻工艺使另一电极金属膜层形成第一电极、第二电极以及多个连接电极。
由于采用了上述技术方案，本发明一种高性能磁阻器件及制造工艺，通过多个科比诺圆盘的串联结构，取代传统的长条形磁阻器件，在获得最大磁阻效应的同时，又具备较大的输入阻抗。
附图说明
附图1为本发明背景技术中现有的磁阻器件的结构示意图；
附图2为本发明实施例一中一种高性能磁阻器件的俯视结构示意图；
附图3为本发明实施例二中一种高性能磁阻器件的侧剖结构示意图。
图中标号为：
1、基底；11、衬底层；12、过渡层；13、绝缘层；
2、InSb薄膜圆盘；21、外缘部；
3、第一电极；
4、第二电极；
5、环形电极；
6、中心电极；
7、绝缘膜；
8、连接电极；
9、短路条。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解。
实施例一
参照附图2（可参考附图3），本实施例中的一种高性能磁阻器件，它包括基底1（附图2中被覆盖于绝缘膜之下）、在基底1之上的依次排布的多个InSb薄膜圆盘2（附图2中被覆盖于绝缘膜之下）、在InSb薄膜圆盘2之上的环形电极5（附图2中，环形电极被覆盖在绝缘膜下的部分用虚线表示）、在InSb薄膜圆盘2之上并位于环形电极5内侧的中心电极6（附图2中被连接电极8覆盖）、在环形电极5之上并部分覆盖环形电极5的绝缘膜7。
绝缘膜7覆盖在各环形电极5上，且在每个环形电极5上方开有多个第一透口和多个第二透口以使每个环形电极5有部分从相应的第一透口中露出，中心电极6从相应的第二透口中露出。绝缘膜7材料优选为SiO2。
在一种更为优选的方案中，环形电极5沿InSb薄膜圆盘2的外缘部21（附图2中未标出该外缘部，在附图3中有具体示出外缘部21）设置。
高性能磁阻器件还包括第一电极3、第二电极4以及多个连接电极8，设InSb薄膜圆盘2为n个，连接电极8为n+1个，n≥2，并设1＜x≤n，n和x均为整数，第1个连接电极8的一端与第一电极3相连接，另一端跨过位于第1个InSb薄膜圆盘2上的绝缘膜7并与第1个InSb薄膜圆盘2上的中心电极6相连接，第x个连接电极8的一端与第x-1个InSb薄膜圆盘2上的环形电极5相连接，另一端跨过位于第x个InSb薄膜圆盘2上的绝缘膜7并与第x个InSb薄膜圆盘2上的中心电极6相连接，第n+1个连接电极8的一端与第n个InSb薄膜圆盘2上的环形电极5相连接，另一端与第二电极4相连接。
本实施例中的第一电极3为正极，第二电极4为负极。
本实施例中的基底1材料为陶瓷、硅、铁氧体或云母。
本实施例还提供了一种上述的高性能磁阻器件的制造工艺，包括以下步骤：
A. 取一长条形基底1，在基底1上表面生长InSb薄膜，并通过半导体光刻工艺形成多个InSb薄膜圆盘2，得到器件A；
B. 在器件A的上表面蒸发形成电极金属膜层，并通过半导体光刻工艺使电极金属膜层形成位于InSb薄膜圆盘2上表面的环形电极5和中心电极6，得到器件B；
C.在器件B的上表面蒸发形成绝缘膜层，通过半导体光刻工艺将绝缘膜层的对应每个环形电极5处进行光刻出所述透口，并使每个环形电极5有部分从该透口中露出，从而形成绝缘膜7，得到器件C；
D.在器件C的上表面蒸发形成另一电极金属膜层，通过半导体光刻工艺使另一电极金属膜层形成第一电极3、第二电极4以及多个连接电极8。
本实施例中的一种高性能磁阻器件及制造工艺，通过多个科比诺圆盘的串联结构，取代传统的长条形磁阻器件，在获得最大磁阻效应的同时，又具备较大的输入阻抗。
实施例二
参照附图3，本实施例中的一种高性能磁阻器件与实施例一的区别仅在于： InSb薄膜圆盘2与连接电极8的数量与实施例一不同。
本实施例中的第一电极3为负极，第二电极4为正极。
本实施例中的基底1包括由下至上依次设置的衬底层11、过渡层12、绝缘层13。衬底层11厚度为100μm～1000μm，材料为陶瓷、硅、铁氧体或云母。绝缘层13厚度为0.01μm～10μm，材料为In2O3或SiO2。过渡层12材料为化合物，该化合物含有包括In在内的与In同族的至少一种金属元素，所述的化合物中至少含有Sb，化合物中除Sb外仅含有In所在族中的金属元素。若在高性能磁阻器件制作过程中，对InSb进行退火处理时的退火温度低于InSb的熔点，则过渡层12材料为InSb，若在高性能磁阻器件制作过程中，对InSb进行退火处理时的退火温度高于InSb的熔点，则过渡层12材料为除InSb外的其他化合物，如二元材料AlSb、GaSb，三元材料InGaSb、InAlSb，四元材料InGaAlSb等，这里不再一一列举。过渡层2厚度为0.1μm～20μm。
本实施例中高性能磁阻器件的制造工艺与实施例一中的区别仅在于：长条形基底1的制造：1、取衬底层1，在真空条件下，分别通过气相外延法使化合物中所含金属元素的单体至衬底层1上表面形成所述的化合物，从而形成过渡层2；2、先在真空条件下通过气相外延法使In单体至过渡层2上表面形成覆盖层，再通入氧气或空气使覆盖层至少部分氧化成In2O3而形成绝缘层3；在另一种实施方案中，本步骤中先在真空条件下通过气相外延法使Si单体至过渡层2上表面形成覆盖层，再通入氧气或空气使覆盖层至少部分氧化成SiO2而形成绝缘层3。在一种更为优选的实施方案中，步骤2中，通入氧气或空气使覆盖层全部氧化成In2O3或SiO2而形成绝缘层3。上述的气相外延法为热蒸发法、金属有机化学气相沉积法或分子束外延法。
完成基底1的制造后，再按照实施例一中的步骤A至D，制造本实施例中的高性能磁阻器件。
本实施例中的一种高性能磁阻器件及制造工艺，除了具有实施例一中所述优点之外，还具有以下优点：1、通过过渡层，屏蔽了掺杂效应，保证了InSb薄膜的电学性质；2、过渡层选用与InSb薄膜同类材料，二者热膨胀系数差异很小，降低了因热膨胀系数不同而对InSb薄膜的影响；3、当衬底层材料选用陶瓷时，由于过渡层设置，避免了陶瓷上孔洞对InSb薄膜的影响；4、而过渡层与InSb薄膜均为导电层，二者之间增加绝缘层起到了绝缘的作用。
以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种高性能磁阻器件，其特征在于：它包括基底（1）、在所述基底（1）之上的依次排布的多个InSb薄膜圆盘（2）、在所述InSb薄膜圆盘（2）之上的环形电极（5）、在所述InSb薄膜圆盘（2）之上并位于所述环形电极（5）内侧的中心电极（6）、在所述环形电极（5）之上并部分覆盖环形电极（5）的绝缘膜（7），所述高性能磁阻器件还包括第一电极（3）、第二电极（4）以及多个连接电极（8），设所述InSb薄膜圆盘（2）为n个，所述连接电极（8）为n+1个，n≥2，并设1＜x≤n，n和x均为整数，第1个连接电极（8）的一端与所述第一电极（3）相连接，另一端跨过位于第1个InSb薄膜圆盘（2）上的绝缘膜（7）并与第1个InSb薄膜圆盘（2）上的中心电极（6）相连接，第x个连接电极（8）的一端与第x-1个InSb薄膜圆盘（2）上的环形电极（5）相连接，另一端跨过位于第x个InSb薄膜圆盘（2）上的绝缘膜（7）并与第x个InSb薄膜圆盘（2）上的中心电极（6）相连接，第n+1个连接电极（8）的一端与第n个InSb薄膜圆盘（2）上的环形电极（5）相连接，另一端与所述第二电极（4）相连接。
2.根据权利要求1所述的一种高性能磁阻器件，其特征在于：所述的绝缘膜（7）覆盖在各环形电极（5）上，且在每个环形电极（5）上方开有多个第一透口和多个第二透口以使每个环形电极（5）有部分从所述第一透口中露出，中心电极（6）从所述第二透口中露出。
3.根据权利要求1所述的一种高性能磁阻器件，其特征在于：所述的环形电极（5）沿所述InSb薄膜圆盘（2）的外缘部（21）设置。
4.根据权利要求1所述的一种高性能磁阻器件，其特征在于：所述的绝缘膜（7）材料为SiO2。
5.根据权利要求1所述的一种高性能磁阻器件，其特征在于：所述的基底（1）包括由下至上依次设置的衬底层（11）、过渡层（12）、绝缘层（13），所述过渡层（12）材料为化合物，该化合物含有包括In在内的与In同族的至少一种金属元素，所述的化合物中至少含有Sb，化合物中除Sb外仅含有In所在族中的金属元素。
6.根据权利要求5所述的一种高性能磁阻器件，其特征在于：所述的绝缘层（13）材料为In2O3或SiO2。
7.根据权利要求5所述的一种高性能磁阻器件，其特征在于：若在所述高性能磁阻器件制作过程中，对所述InSb进行退火处理时的退火温度低于InSb的熔点，则所述过渡层（12）材料为InSb，若在所述高性能磁阻器件制作过程中，对所述InSb进行退火处理时的退火温度高于InSb的熔点，则所述过渡层（12）材料为除InSb外的其他所述化合物。
8.根据权利要求5中所述的一种高性能磁阻器件，其特征在于：所述的衬底层（11）材料为陶瓷、硅、铁氧体或云母。
9.根据权利要求1中所述的一种高性能磁阻器件，其特征在于：所述的基底（1）材料为陶瓷、硅、铁氧体或云母。
10.一种权利要求1-9任一项中所述的一种高性能磁阻器件的制造工艺，其特征在于：包括以下步骤：
A. 在所述基底（1）上表面生长InSb薄膜，并通过半导体光刻工艺形成所述的多个InSb薄膜圆盘（2），得到器件A；
B. 在所述器件A的上表面蒸发形成电极金属膜层，并通过半导体光刻工艺使所述电极金属膜层形成位于所述的InSb薄膜圆盘（2）上表面的所述环形电极（5）和所述中心电极（6），得到器件B；
C.在所述器件B的上表面蒸发形成绝缘膜层，通过半导体光刻工艺将所述绝缘膜层的对应每个环形电极（5）处进行光刻并使每个环形电极（5）有部分露出，从而形成所述绝缘膜（7），得到器件C；
D.在所述器件C的上表面蒸发形成另一电极金属膜层，通过半导体光刻工艺使所述另一电极金属膜层形成所述第一电极（3）、所述第二电极（4）以及所述多个连接电极（8）。
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