CN110565059B - 一种具有室温隧道磁电阻效应的氧化钛基纳米颗粒复合薄膜的制备方法及装置 - Google Patents

一种具有室温隧道磁电阻效应的氧化钛基纳米颗粒复合薄膜的制备方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有室温隧道磁电阻效应的纳米颗粒复合薄膜的制备方法及装置。使用了旋转遮挡法提高了颗粒膜的结晶度和金属陶瓷界面清晰度，减少金属颗粒氧化。选用控共溅射方法进行薄膜制备，其中磁性金属选用溅射靶为强磁靶，溅射源为直流源；陶瓷选用溅射靶为永磁靶，溅射源为射频源。在溅射过程中通过旋转遮挡溅射的方法提高薄膜中磁性颗粒的边界清晰度，进而提高纳米颗粒薄膜室温隧道磁电阻特性。装置中自转样品台处于真空腔体上部，与真空腔体内壁相连，固定基板通过金属挡板与自转样品台相连，固定压片通过调节螺母固定溅射基片，溅射基片位于两对称金属挡板之间；陶瓷靶溅射枪位于自转样品台侧下方，金属靶溅射枪位于自转样品台正下方。

Description

一种具有室温隧道磁电阻效应的氧化钛基纳米颗粒复合薄膜 的制备方法及装置
技术领域
本发明涉及一种具有室温隧道磁电阻效应的纳米颗粒复合薄膜的制备方法及装置。
背景技术
随着材料制备工艺的不断改进，磁敏感器件取得了较为广泛的关注，特别是薄膜磁电阻元器件，由于其具有极小的厚度，使电子元器件的微型化成为了可能。在高阻态纳米颗粒复合膜中，当两磁性颗粒之间势垒层很薄时，由于电子的波动性在两电极间施加一定电压，电子能够穿过这一禁止区域，从而形成电子隧穿。当两电极磁化平行，电子隧穿几率增大，形成低阻态；当两电极磁化反向平行，电子隧穿几率减小，从而形成高阻态，进而形成磁敏感的电阻元器件；早在1975年由julliere(M.Julliere,Tunneling betweenferromagnetic films.Phys.Lett.A 1975,pp.225-226.)通过制备隧道结在4.2K下观察到了14％的磁电阻效应。之后，Yang等人(S.Yan et al.,"Ferromagnetism andmagnetoresistance of Co–ZnO inhomogeneous magnetic semiconductors,"Appl.Phys.Lett,vol.84,pp.2376-2378,2004,doi:10.1063/1.1690881.)通过交替磁控溅射法制备了非均相Co-ZnO纳米颗粒复合膜，并且在2K下得到了35％的隧道磁电阻。但现阶段氧化物基纳米颗粒复合薄膜还存在以下问题：
1.磁电阻较好的隧道结多层膜制备方法较为复杂，不能一步成型，不利于大规模生产；
2.纳米颗粒复合薄膜在低温下有较好的磁学电阻，但室温下磁电阻较差，不利于推广应用；
3.在氧化基纳米颗粒复合薄膜中金属颗粒易发生氧化；
4.部分氮基、氟基纳米颗粒复合薄膜生物相容性较差。
发明内容
基于上述目前存在的问题，本发明通过一种遮挡磁控共溅射的方法，制备出了具有室温磁电阻的纳米颗粒复合薄膜。这种方法具有一步法制备、成本低廉、金属颗粒氧化少、可室温工作的特点，同时本发明采用氧化钛作为基体，使薄膜还具有良好的生物相容性，可应用于生物磁传感器、信息储存器件等领域。
本发明的技术方案如下：
一种具有室温隧道磁电阻效应的纳米颗粒复合薄膜的装置，在处于密闭真空腔室内，设置有固定基板1、调节螺母2、固定压片3、溅射基片4、自转样品台5、金属挡板6、陶瓷靶溅射枪7和金属靶溅射枪8；自转样品台5处于真空腔体上部，与真空腔体内壁相连，固定基板1通过金属挡板6与自转样品台5相连，固定基板1上有调节螺母2，固定压片3通过调节螺母2固定溅射基片4；金属挡板6呈对称放置，溅射基片4位于两对称金属挡板6之间；陶瓷靶溅射枪8位于自转样品台侧下方，金属靶溅射枪7位于自转样品台正下方。
本发明使用了旋转遮挡法提高了颗粒膜的结晶度和金属陶瓷界面清晰度，减少金属颗粒氧化。
所述的金属遮挡板6与自转样品台5采用高温结构胶固定。
所述的陶瓷靶溅射枪7位于自转样品台侧与中心线夹角为30°—60°。
利用本发明的装置进行具有室温隧道磁电阻效应的纳米颗粒复合薄膜的制备方法；其包括如下步骤：
(1)腔室抽真空，保证背底压强优于5×10-4Pa，调节腔体溅射压强0.4-3Pa，将功率为10-40W的金属靶8和陶瓷靶7进行预溅射180-300s，以清除靶材表面污染物；
(2)选择金属靶功率设为30-150W，陶瓷靶溅射功率为100-150W，开始溅射；
(3)调节金属挡板6的旋转自转速率为3-15转每分钟；
(4)溅射时间为1200-3600s，关闭溅射源；
(5)取出溅射基片4，用银凝胶将薄膜电极与银导线连接，进而形成测试电路。
所选用磁控共溅射方法进行薄膜制备，其中磁性金属选用溅射靶为强磁靶，溅射源为直流源；陶瓷选用溅射靶为永磁靶，溅射源为射频源。
具体通过磁控共溅射的方法生长薄膜，在薄膜生长过程中使用旋转遮挡溅射的方法改善薄膜性能。本发明选用纯度优于99.99％的TiO2中的一种作为绝缘体靶材，选用纯度优于99.99％的Co、Fe、Ni及其合金中的一种作为磁性金属靶材。磁性金属选用溅射靶为强磁靶，溅射源为直流源；陶瓷溅射靶为永磁靶，溅射源为射频源；选用溅射基片为单晶硅和高纯石英、高纯氧化铝、高纯氧化锌中的一种；
在制备过程中，薄膜材料主要通过磁控共溅射制备，在溅射过程中通过旋转遮挡溅射的方法提高薄膜中磁性颗粒的边界清晰度，进而提高纳米颗粒薄膜室温隧道磁电阻特性。其中旋转遮挡溅射过程中，主要涉及遮挡与固定部件。
其中样品固定部件的俯视图如图1所示，主视图如图2所示，图中旋转遮挡过程中样品固定部件包括以下部分，样品固定基板1，材质选用高纯金属铜；在固定基板1上有螺纹孔，螺纹孔中有相应尺寸的调节螺母2，螺纹孔穿过固定压片3的小孔将固定压片3与样品固定基板1连接，固定主要通过螺母的松紧度调节固定压片3的松紧程度。固定压片3，材质选用316不锈钢，通过固定压片3的压力固定溅射基片4，使溅射过程中基片随着自转样品台5一起转动；溅射基片4，材质选择为具有高阻态、表面光洁度好的高纯氧化铝、高纯氧化锌、高纯氧化硅；在溅射基片4上放有相应尺寸的电路掩模板，以制备相关尺寸的测试线路。
实际溅射过程如图3和图4所示，图3为溅射过程中自转台转至遮挡位的示意图。图中自转样品台5，通过单一组分高温耐火胶连接金属遮挡板6；在金属遮挡板6固定完成后，通过单一组分高温耐火胶将金属遮挡板6和样品固定基板1连接在一起；陶瓷靶溅射枪7，位于自转样品台右下方，自右下向左上溅射，其溅射速率受自转挡板影响；部件8为金属枪，其处于自转样品台下方，自下向上溅射，其溅射速率不受自转挡板影响；在溅射过程中溅射基片4随着样品自转台5同步自转，当处于遮挡枪位时，金属挡板6会遮挡部分到达溅射基片4上的陶瓷颗粒，陶瓷靶溅射速率减小，对金属颗粒的抑制作用明显减弱。
图4为溅射过程中自转台转至溅射位的示意图。当处于溅射枪位时，基板与溅射枪方向正对，挡板的遮挡作用减弱，陶瓷颗粒溅射速率增加，会明显抑制金属颗粒的长大。溅射过程中通过金属挡板的遮挡作用，可以调节溅射过程中金属颗粒和陶瓷颗粒的互扩散，减少金属颗粒发生氧化的可能性，并且使颗粒间的边界更加清晰，有利于改善纳米颗粒复合薄膜的室温磁电阻效应。
在溅射过程中，为了测试颗粒膜的室温磁电阻特性，选择特定尺寸的金属掩膜板，进行薄膜图形化设计，其中金属掩膜板如图5所示。在溅射过程中，金属掩膜板应置于溅射基底4表面并通过固定压片3固定。溅射结束后得到如图6所示电路图。其中整个线路由纳米颗粒复合薄膜11构成；电流端9通过银线连接到电流测试仪器；电压端10通过银线连接到电压测试仪器；溅射基片4在溅射过程中主要起薄膜支撑作用，并且具有高阻值提高薄膜磁电阻可靠性，之后通过引导线将相应电极端连入电路进行测试。
通常电子在温度较高的情况下，会发生自旋无关的散射，影响磁电阻性能。而本专利通过旋转遮挡法，改善了金属颗粒的结晶性，有效地控制了Co颗粒的大小，其平均颗粒尺寸在3-5nm之间，颗粒间边界清晰具有制备高室温磁电阻的潜力。改善了电子跃迁行为，使室温下的磁电阻变化率达到了-4％。
磁电阻薄膜多为单靶制备的多层隧道结，原本的结构为A/B/A或A/B/C结构，每溅射完一种物质都要重新打开腔体更换靶材，操作繁琐，工艺复杂，属于非一次成型工艺。而本专利所涉及的方法只需在真空环境下一次成型，利于大规模生产的推广。
氧化物纳米颗粒复合薄膜中金属颗粒确实会存在氧化的情况，通过前期大量实验和热力学分析发现，金属元素的氧化主要是与腔体内壁的放气源放气、溅射过程中离子溅射方向有关。为尽量减少溅射过程中金属颗粒的氧化，本专利采取的措施为提高背底真空度，延长抽真空时间，减少溅射过程中真空室腔体内壁的放气量。与此同时，通过旋转遮挡法和磁控共溅射法，减少了金属颗粒与氧化物颗粒在溅射过程中的相互碰撞的几率，进一步的减少了氧化发生的可能性。
氮基、氟基等材质的纳米颗粒复合薄膜本身不具有生物亲和性，因而难以在生物材料领域进行大规模的推广应用。而本专利所选用的氧化钛基纳米颗粒复合薄膜，由于氧化钛具有良好的生物亲和性，因而在生物材料领域具有较大的应用前景。
附图说明
图1为旋转遮挡器件中样品固定器俯视图；
图2为旋转遮挡器件中样品固定器主视图；
图3为溅射过程中处于遮挡位示意图；
图4为溅射过程中处于溅射位示意图；
图5为溅射过程中使用的图形化金属掩膜板示意图；
图6为溅射完成后制备的电路板示意图；
图7为实施例样品XRD；
图8为实施例样品磁电阻。
其中：1-固定基板；2-调节螺母；3-固定压片；4-溅射基片；5-自转样品台；6-金属挡板；7-陶瓷靶溅射枪；8-金属靶溅射枪；9-溅射电路电流端；10-溅射电路电压端；11-溅射制备的薄膜电路。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实验方案进行描述。本发明实施例公开了一种具有室温隧道磁电阻的薄膜制备方法。
溅射所选用设备为高真空磁控共溅射设备，在溅射过程中通过旋转遮挡法抑制了金属颗粒的团聚，同时使金属颗粒间的边界变得清晰，进而改善纳米颗粒复合薄膜的磁学和电学性能。
本发明的设备如图3和图4所示，一种具有室温隧道磁电阻效应的纳米颗粒复合薄膜的装置，在处于密闭真空腔室内，设置有1-固定基板；2-调节螺母；3-固定压片；4-溅射基片；5-自转样品台；6-金属挡板；7-陶瓷靶溅射枪；8-金属靶溅射枪。在未进行实验操作时，自转样品台5处于真空腔体上部，与真空腔体内壁相连，固定基板1通过金属挡板6与自转样品台5相连，固定基板1上有调节螺母2，固定压片3通过调节螺母2的松紧程度来固定溅射基片4；金属挡板6呈对称放置，溅射基片4位于两对称金属挡板6之间，挡板6并高出溅射基片4，以达到溅射遮挡的作用；陶瓷靶溅射枪7位于自转样品台右下方，与中心线夹角为30°—60°。在图3和图4中方向来看均为自右下向左上溅射。金属靶溅射枪8位于自转样品台正下方，在工作时自下向上溅射。
本发明提供了一种具有室温隧道磁电阻效应的纳米颗粒复合薄膜的制备方法，这种方法只需在真空环境下一次成型，利于大规模生产的推广。
在材料制备过程中溅射挡板6安装过程如下：
(1)将样品自转台5表面依次用400目至3000目砂纸打磨，用酒精擦洗打磨后的表面，用压缩氮气喷吹30-120s；
(2)将步骤(1)打磨表面涂抹单一组分高温结构胶，将金属遮挡板6固定在自转样品台5上，静置48小时以上，保证其接合处足够牢固；
(3)将腔体抽真空，保证其背底压强优于5×10-4Pa，为避免高温结构胶在实验过程中放气，对遮挡板6进行高温预处理；通过加热电阻丝加热自转样品台5，温度设定高于400摄氏度，保温2-4小时；
(4)将步骤(3)加热后的样品台5缓慢降温至室温，继续抽真空，直至背底真空度优于5×10-5Pa，将腔体放气至大气压，准备安装溅射基片4；
(5)将切割好的溅射基片4依次用分析级丙酮超声5-10min，分析级乙醇超声5-10min，去离子水超声5-10min，取出后用氮气喷枪喷吹5-30s，放入真空度优于10-3Pa的进样室备用；
(6)将步骤(5)中的溅射基片4上放置掩膜板，其中掩膜版如图5所示,并将基片4通过调节螺母2和固定压片3固定于固定基板1上；
(7)将步骤(6)中的溅射基片4固定基板1放入磁控腔室，并通过单一组分高温耐火胶将其与金属遮挡板6固定。
一种具有室温隧道磁电阻效应的纳米颗粒复合薄膜的制备方法，包括如下步骤：
(1)腔室抽真空，保证背底压强优于5×10-4Pa，以减少真空腔室墙体内壁放气，调节腔体溅射压强0.4-3Pa，将金属靶8和陶瓷靶7功率限制在10-40W范围内进行预溅射180-300s，以清除靶材表面污染物。
(2)选择双靶共溅射以避免溅射过程中颗粒之间相互碰撞，减少发生氧化的概率；金属靶8功率设为30-150W，陶瓷靶7溅射功率为100-150W，开始溅射；
(3)为调节步骤(2)中金属挡板的旋转遮挡溅射的效果，溅射过程中自转速率范围设为3-15转每分钟；
(4)溅射时间一般设为1200-3600s，关闭溅射源；
(6)取出步骤(4)中的溅射基片4，其中溅射完成的基片如图6所示，用银凝胶将薄膜电极与银导线连接，进而形成测试电路。
下面实施例中，以Co和TiO2两种材料为例，详述制备具有室温磁电阻的纳米颗粒复合薄膜的操作流程。
实施例1
本发明所提供的纳米颗粒复合薄膜制备方法，主要应用了旋转遮挡法和磁控共溅射方法，可以在真空环境下一次成型，利于大规模生产的推广，在实验前期准备中，安装旋转遮挡和固定部件主要包括以下几个步骤：
(1)将样品自转台5表面依次用400目、800目、1200目、3000目砂纸打磨，用分析级酒精擦洗打磨后的表面5次，用压缩氮气喷吹100s；
(2)将步骤(1)打磨表面涂抹单一组分高温结构胶，将金属遮挡板6固定在自转样品台5上，静置48小时以上，保证其接合处足够牢固；
(3)将腔体抽真空，保证其背底压强优于5×10-4Pa，静置1小时；
(4)为避免高温结构胶在实验过程中放气，对遮挡板6进行高温预处理，通过加热电阻丝加热自转样品台5，温度设定为450摄氏度，保温3小时；
(5)将步骤(4)加热后的样品台5缓慢降温至室温，继续抽真空，直至背底真空度优于5×10-5Pa，在此气压下保持2小时；
(6)将腔体放气至大气压，准备安装基片4，准备进行溅射实验；
实施例2
制备过程中，选用金属靶为纯度优于99.99％的金属Co，陶瓷靶选用纯度优于99.99％的TiO2。
1)将切割好的溅射基片4依次用分析级丙酮超声6min，分析级乙醇超声6min，去离子水超声6min，取出后用氮气喷枪喷吹15s，备用；
2)溅射基片4上放置掩膜板，其中掩膜版如图5所示,并将基片4通过调节螺母2和固定压片3固定于固定基板1上，并将固定基板1放入磁控腔室；
3)抽真空，保证腔体真空度优于3×10-4Pa；
4)通入高纯氩，恒定气体流量20sccm，通过控制高真空闸板阀，控制腔体压强；
5)当腔内压力稳定时，设定溅射压强0.5Pa，金属靶功率为40W，陶瓷靶功率为150W；
6)当溅射抢辉光稳定时预溅射2分钟
7)预溅射完成后，打开挡板，开始溅射，设定样品台自转10转每分钟；
8)溅射3000s后关闭挡板，关闭溅射靶和流量计电源，完成实验，其中完成的溅射基片如图6所示；
本发明，采用日本理学公司生产的X射线衍射仪，测试其结构组成，如图7所示为实施例2中XRD衍射图谱，XRD中(100)、(002)、(101)三个峰对应结晶态的六方钴，通过谢乐公式计算，金属Co颗粒的尺寸在4nm的范围内，没有出现氧化钛结晶峰，说明氧化钛呈非晶结构，通过磁控共溅射和旋转遮挡法纳米颗粒复合薄膜中的金属颗粒具有较好的结晶性，并且其颗粒边界明显，这有利于提高薄膜的磁电阻性能。
通过蓝海科仪公司生产的磁电阻测试仪，在300K下测试了制备的纳米颗粒的磁电阻曲线，如图8所示，其室温磁电阻达到了3.8％。
实施例3
选用金属靶为纯度优于99.99％的金属Co，陶瓷靶选用纯度优于99.99％的TiO2。
1)将切割好的溅射基片4依次用分析级丙酮超声6min，分析级乙醇超声6min，去离子水超声6min，取出后用氮气喷枪喷吹15s，放入腔体；
2)溅射基片4上放置掩膜板，其中掩膜版如图5所示,并将基片4通过调节螺母2和固定压片3固定于固定基板1上，并将固定基板1放入磁控腔室；
3)抽真空，保证腔体真空度优于3×10-4Pa；
4)通入高纯氩，恒定气体流量20sccm，通过控制高真空闸板阀，控制腔体压强；
5)当腔内压力稳定时，设定溅射压强0.5Pa，金属靶功率为50W，陶瓷靶功率为150W；
6)当溅射抢辉光稳定时预溅射3分钟；
7)预溅射完成后，打开挡板，开始溅射，设定样品台自转15转每分钟；
8)溅射3000s后关闭挡板，关闭溅射靶和流量计电源，完成实验，其中完成的溅射基片如图6所示；
在300K下测试了制备的纳米颗粒的磁电阻曲线，如图8所示，其室温磁电阻达到了3.0％。
实施例4
选用金属靶为纯度优于99.99％的金属Co，陶瓷靶选用纯度优于99.99％的TiO2。
1)将切割好的溅射基片4依次用分析级丙酮超声6min，分析级乙醇超声6min，去离子水超声6min，取出后用氮气喷枪喷吹15s，放入腔体；
2)溅射基片4上放置掩膜板，其中掩膜版如图5所示,并将基片4通过调节螺母2和固定压片3固定于固定基板1上，并将固定基板1放入磁控腔室；
3)抽真空，保证腔体真空度优于3×10-4Pa；
4)通入高纯氩，恒定气体流量20sccm，通过控制高真空闸板阀，控制腔体压强；
5)当腔内压力稳定时，设定溅射压强0.5Pa，金属靶功率为40W，陶瓷靶功率为100W；
6)当溅射抢辉光稳定时预溅射4分钟；
7)预溅射完成后，打开挡板，开始溅射，设定样品台自转10转每分钟；
8)溅射3000s后关闭挡板，关闭溅射靶和流量计电源，完成实验，其中完成的溅射基片如图6所示；
在300K下测试了制备的纳米颗粒的磁电阻曲线，如图8所示，其室温磁电阻达到了2.5％。
实施例5
选用金属靶为纯度优于99.99％的金属Co，陶瓷靶选用纯度优于99.99％的TiO2。
1)将切割好的溅射基片4依次用分析级丙酮超声6min，分析级乙醇超声6min，去离子水超声6min，取出后用氮气喷枪喷吹15s，放入腔体；
2)溅射基片4上放置掩膜板，其中掩膜版如图5所示,并将基片4通过调节螺母2和固定压片3固定于固定基板1上，并将固定基板1放入磁控腔室；
3)抽真空，保证腔体真空度优于3×10-4Pa；
4)通入高纯氩，恒定气体流量20sccm，通过控制高真空闸板阀，控制腔体压强；
5)当腔内压力稳定时，设定溅射压强2.0Pa，金属靶功率为30W，陶瓷靶功率为100W；
6)当溅射抢辉光稳定时预溅射2分钟；
7)预溅射完成后，打开挡板，开始溅射，设定样品台自转10转每分钟；
8)溅射3000s后关闭挡板，关闭溅射靶和流量计电源，完成实验，其中完成的溅射基片如图6所示；
在300K下测试了制备的纳米颗粒的磁电阻曲线，如图8所示，其室温磁电阻达到了1.5％。
通过蓝海科仪公司生产的磁电阻测试仪，在300K下测试了制备的纳米颗粒的磁电阻曲线，如图8所示。通过旋转遮挡溅射的方法调节溅射功率制备的纳米颗粒复合薄膜，实现了在室温低磁场下隧道磁电阻变化率从1.5％到4％变化，具有较大的应用前景。
本发明公开和提出的技术方案，本领域技术人员可通过借鉴本文内容，适当改变条件路线等环节实现，尽管本发明的方法和制备技术已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和技术路线进行改动或重新组合，来实现最终的制备技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。

Claims (5)

1.一种具有室温隧道磁电阻效应的纳米颗粒复合薄膜的装置，其特征是在处于密闭真空腔室内，设置有固定基板、调节螺母、固定压片、溅射基片、自转样品台、金属挡板、陶瓷靶溅射枪和金属靶溅射枪；自转样品台处于真空腔体上部，与真空腔体内壁相连，固定基板通过金属挡板与自转样品台相连，固定基板上有调节螺母，固定压片通过调节螺母固定溅射基片；金属挡板呈对称放置，溅射基片位于两对称金属挡板之间；陶瓷靶溅射枪位于自转样品台侧下方，金属靶溅射枪位于自转样品台正下方；金属挡板高出溅射基片，以 达到旋转遮挡陶瓷颗粒的作用。
2.如权利要求1所述的装置，其特征是金属挡板与自转样品台采用高温结构胶固定。
3.如权利要求1所述的装置，其特征是陶瓷靶溅射枪位于自转样品台侧与中心线夹角为30°—60°。
4.利用权利要求1的装置进行具有室温隧道磁电阻效应的纳米颗粒复合薄膜的制备方法；其特征是包括如下步骤：
(1)腔室抽真空，保证背底压强优于5×10-4Pa，调节腔体溅射压强0.4-3Pa，将功率为10-40W的金属靶和陶瓷靶进行预溅射180-300s，以清除靶材表面污染物；
(2)选择金属靶功率设为30-150W，陶瓷靶溅射功率为100-150W，开始溅射；
(3)调节金属挡板的旋转自转速率为3-15转每分钟；
(4)溅射时间为1200-3600s，关闭溅射源；
(5)取出溅射基片，用银凝胶将薄膜与银导线连接，进而形成测试电路。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所选用磁控共溅射方法进行薄膜制备，其中金属选用溅射靶为强磁靶，溅射源为直流源；陶瓷选用溅射靶为永磁靶，溅射源为射频源。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09102420A (ja) * 1995-10-06 1997-04-15 Sumitomo Metal Ind Ltd ナノグラニュラー磁性薄膜用基板、その製造方法及びナノグラニュラー磁性薄膜の形成方法
CN1986874A (zh) * 2005-12-23 2007-06-27 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 阳极板及包括所述阳极板的溅镀装置
CN101395732A (zh) * 2006-03-03 2009-03-25 佳能安内华股份有限公司 磁阻效应元件的制造方法以及制造设备
CN102345104A (zh) * 2011-09-26 2012-02-08 天津理工大学 一种大磁电阻效应Fe-Ti-O非晶态薄膜的制备方法
WO2017098537A1 (ja) * 2015-12-07 2017-06-15 キヤノンアネルバ株式会社 磁気抵抗効果素子の製造方法および装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09102420A (ja) * 1995-10-06 1997-04-15 Sumitomo Metal Ind Ltd ナノグラニュラー磁性薄膜用基板、その製造方法及びナノグラニュラー磁性薄膜の形成方法
CN1986874A (zh) * 2005-12-23 2007-06-27 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 阳极板及包括所述阳极板的溅镀装置
CN101395732A (zh) * 2006-03-03 2009-03-25 佳能安内华股份有限公司 磁阻效应元件的制造方法以及制造设备
CN102345104A (zh) * 2011-09-26 2012-02-08 天津理工大学 一种大磁电阻效应Fe-Ti-O非晶态薄膜的制备方法
WO2017098537A1 (ja) * 2015-12-07 2017-06-15 キヤノンアネルバ株式会社 磁気抵抗効果素子の製造方法および装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Compositional dependence of magnetic and high frequency properties of nanogranular FeCo-TiO2 films;Yicheng Wang等;《Journal of Applied Physics》;20141231;第115卷(第17期);全文 *

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