CN111996493B - 一种提高各向异性磁电阻磁阻率的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种提高各向异性磁电阻磁阻率的制备方法,解决现有磁电阻增加磁阻率的方式会增加生产周期、降低产能的问题。该提高各向异性磁电阻磁阻率的制备方法包括以下步骤:步骤一、清洗硅片,将干净的硅片固定至溅射室的样品盘上;步骤二、对溅射室抽高真空,当真空度在低于设定值时,通入氩气;步骤三、打开高能离子源,高能离子源对硅片清洗进行,清洗完成后关闭高能离子源;步骤四、设定溅射功率,设置溅射的偏置电压,设定溅射时间,保持溅射室的工作气压在设定值;步骤五、根据步骤四设定的参数,开始溅射NiFe,同时,再次打开高能离子源,使得高能离子源的离子束流照射至硅片。
Description
技术领域
本发明涉及磁电阻薄膜的制备方法,具体涉及一种提高各向异性磁电阻磁阻率的制备方法。
背景技术
磁致电阻效应(Magneto Resistance,MR)是指外界磁场变化引起电阻变化的现象,该现象实际为磁场影响电阻材料内电子运动的结果,能产生磁电阻效应的电阻称为磁电阻。
目前已被研究的磁性材料的磁电效应可分为以下几种:磁场直接引起的磁性材料的正常磁电阻(OMR,ordinary MR)、与技术磁化相联系的各向异性磁电阻(AMR,anisotropic MR)、掺杂稀土氧化物中特大磁电阻(CMR,colossal MR)、磁性多层膜和颗粒膜中特有的巨磁阻(GMR,giant MR)和隧道磁电阻(TMR,tunnel MR)等。
各向异性磁阻传感器(AMR)以量子效应为原理,具有高精度、小体积、高稳定性等特点。虽然发现了巨磁电阻(GMR)效应之后,吸引了大多数研究者的注意,并标志着自旋电子学的诞生,但巨磁电阻的制备工艺复杂且稳定性差,而各向异性磁电阻制备简单、矫顽力低,容易与标准的CMOS电路集成,并且由于其在弱磁检测中独特的优势,目前市场上AMR还是占据主流地位。利用AMR制作的开关传感器、角度传感器、位置传感器广泛应用于生活生产中。
中国专利CN100352076,公开了一种各向异性磁电阻坡莫合金薄膜的制备方法,该方法提出在溅射前通入0.5~1h的氩气,可以提高其磁阻率,但是在工业生产中,每次溅射都进行该处理,会大大增加生产周期,降低产能。
发明内容
本发明的目的是解决现有磁电阻增加磁阻率的方式会增加生产周期、降低产能的问题,提供一种提高各向异性磁电阻磁阻率的制备方法。
为实现以上发明目的,本发明采用的技术方案是:
一种提高各向异性磁电阻磁阻率的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、清洗硅片,将干净的硅片固定至溅射室的样品盘上;
步骤二、对溅射室抽高真空,当真空度低于设定值时,通入氩气;
步骤三、打开高能离子源,高能离子源对硅片清洗进行,清洗完成后关闭高能离子源;
步骤四、设定溅射功率,设置溅射的偏置电压,设定溅射时间,保持溅射室的工作气压在设定值;
步骤五、根据步骤四设定的参数,开始溅射NiFe,同时,再次打开高能离子源,使得高能离子源的离子束流照射至硅片。
进一步的,该方法步骤二中,设定值为5×10-4Pa,步骤四中,设定值为0.2Pa~2Pa。
进一步的,该方法步骤一中,使用异丙醇通过超声波清洗机清洗硅片。
进一步的,该方法步骤二中,使用分子泵对溅射室抽高真空。
同时,本发明还提供一种提高各向异性磁电阻磁阻率的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、清洗硅片,将干净的硅片固定至溅射室的样品盘上;
步骤二、对溅射室抽高真空,当真空度低于设定值时,通入氩气;
步骤三、打开高能离子源,高能离子源对硅片清洗进行,清洗完成后关闭高能离子源;
步骤四、溅射第一层Ta;
4.1)设定溅射功率,设置溅射的偏置电压,设定溅射时间,保持溅射室的工作气压在设定值;
4.2)根据步骤4.1)设定的参数,开始溅射Ta,同时,再次打开高能离子源,使得高能离子源的离子束流照射至硅片,溅射完成后关闭高能离子源;
步骤五、溅射第二层Nife;
5.1)设定溅射功率,设置溅射的偏置电压,设定溅射时间,保持溅射室的工作气压在设定值;
5.2)根据步骤5.1)设定的参数,开始溅射Nife,同时,再次打开高能离子源,使得高能离子源的离子束流照射至硅片,溅射完成后关闭高能离子源;
步骤六、溅射第三层Ta;
6.1)设定溅射功率,设置溅射的偏置电压,设定溅射时间,保持溅射室的工作气压在设定值;
6.2)根据步骤6.1)设定的参数,开始溅射Ta,同时,再次打开高能离子源,使得高能离子源的离子束流照射至硅片,溅射完成后关闭高能离子源。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1.本发明方法可以提高各向异性磁阻的磁阻率,由于溅射时打开了高能离子源辅助,高能粒子束帮助大量激活的NiFe更快速且牢固的附着在基片上,从而使得成膜更加的致密,减少层错,增加了磁阻率。
2.本发明方法制备薄膜的过程简单,仅需要在溅射过程中打开离子源辅助沉积,不需要额外操作,不增加生产时间,使得生产周期大幅减少。
附图说明
图1为溅射NiFe时打开离子源与未打开离子源的磁阻率对比示意图;
图2为溅射Ta-NiFe-Ta时打开离子源与未打开离子源的磁阻率对比示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明技术方案作进一步详细描述。
本发明选取81Ni:19Fe的坡莫合金,使用磁控溅射的方法沉积NiFe和Ta-NiFe-Ta两种薄膜,沉积过程中打开高能离子源进行辅助,增加其磁阻率。
本发明提供的提高各向异性磁电阻磁阻率的制备方法具体包括以下步骤:
步骤一、清洗硅片,将干净的硅片固定至溅射室的样品盘上;
步骤二、对溅射室抽高真空,当真空度低于设定值时,通入氩气;该设定值可为5×10-4Pa;
步骤三、打开高能离子源,高能离子源对硅片清洗进行,清洗完成后关闭高能离子源;
步骤四、设定溅射功率60W~2000W,设置溅射的偏置电压0V~300V,设定溅射时间2min~30min,保持溅射室的工作气压在0.2Pa~2Pa之间;
步骤五、根据步骤四设定的参数,开始溅射NiFe,同时,再次打开高能离子源,使得高能离子源的离子束流照射至硅片。
同时,本发明提供另一种提高各向异性磁电阻磁阻率的制备方法,其具体包括以下步骤:
步骤一、清洗硅片,将干净的硅片固定至溅射室的样品盘上;
步骤二、对溅射室抽高真空,当真空度低于设定值时,通入氩气,该设定值可为5×10-4P;
步骤三、打开高能离子源,高能离子源对硅片清洗进行,清洗完成后关闭高能离子源;
步骤四、溅射第一层Ta;
4.1)设定溅射功率60W~2000W,设置溅射的偏置电压0V~300V,设定溅射时间2min~30min,保持溅射室的工作气压在0.2Pa~2Pa之间;
4.2)根据步骤4.1)设定的参数,开始溅射Ta,同时,再次打开高能离子源,使得高能离子源的离子束流照射至硅片,溅射完成后关闭高能离子源;
步骤五、溅射第二层Nife;
5.1)设定溅射功率60W~2000W,设置溅射的偏置电压0V~300V,设定溅射时间2min~30min,保持溅射室的工作气压在0.2Pa~2Pa之间;
5.2)根据步骤5.1)设定的参数,开始溅射Nife,同时,再次打开高能离子源,使得高能离子源的离子束流照射至硅片,溅射完成后关闭高能离子源;
步骤六、溅射第三层Ta;
6.1)设定溅射功率60W~2000W,设置溅射的偏置电压0V~300V,设定溅射时间2min~30min,保持溅射室的工作气压在0.2Pa~2Pa之间;
6.2)根据步骤6.1)设定的参数,开始溅射Ta,同时,再次打开高能离子源,使得高能离子源的离子束流照射至硅片,溅射完成后关闭高能离子源。
实施例一
NiFe具体制备过程如下,
步骤一、使用异丙醇通过超声波清洗机清洗硅片,将干净的硅片固定至溅射室的样品盘上;
步骤二、使用分子泵抽高真空,当真空度优于8×10-5Pa时候,通入99.999%纯度的氩气;
步骤三、打开高能离子源,高能离子源对硅片清洗进行,清洗完成后关闭高能离子源;
步骤四、设定溅射功率为200W,偏置电压设置为100V,设定溅射时间为600s,保持样品盘转速为5r/min,保持工作气压在0.3Pa左右;
步骤五、根据步骤四设定的参数,开始溅射NiFe,同时,再次打开高能离子源,使得高能离子源的离子束流照射至硅片。
实施例二
Ta-NiFe-Ta具体制备过程如下;
步骤一、使用异丙醇通过超声波清洗机清洗硅片,将干净的硅片固定至溅射室的样品盘上;
步骤二、使用分子泵抽高真空对溅射室抽高真空,当真空度优于8×10-5Pa的时,通入99.999%纯度的氩气;
步骤三、打开高能离子源,高能离子源对硅片清洗进行,清洗完成后关闭高能离子源;
步骤四、溅射第一层Ta;
4.1)设定溅射功率为60W,保持工作气压在0.3Pa左右,偏置电压设置为0V,保持样品盘转速为5r/min,设定溅射时间为37s;
4.2)根据步骤4.1)设定的参数,开始溅射Ta,同时,再次打开高能离子源,使得高能离子源的离子束流照射至硅片,溅射完成后关闭高能离子源;
步骤五、溅射第二层NiFe;
5.1)设定溅射功率为200W,保持工作气压在0.3Pa左右,偏置电压设置为100V,保持样品盘转速为5r/min,设定溅射时间为600s;
5.2)根据步骤5.1)设定的参数,开始溅射NiFe,同时,再次打开高能离子源,使得高能离子源的离子束流照射至硅片,溅射完成后关闭高能离子源;
步骤六、溅射第三层Ta;
6.1)设定溅射功率为60W,保持工作气压在0.3Pa左右,偏置电压设置为0V,保持样品盘转速为5r/min,设定溅射时间为112s;
6.2)根据步骤6.1)设定的参数,开始溅射Ta,同时,再次打开高能离子源,使得高能离子源的离子束流照射至硅片,溅射完成后关闭高能离子源。
图1和表1为溅射NiFe时打开离子源与未打开离子源的磁阻率对比,图2和表2为溅射Ta-NiFe-Ta时打开离子源与未打开离子源的磁阻率对比,由此可知,本发明方法可以提高各向异性磁阻的磁阻率,由于溅射时打开了高能离子源辅助,高能粒子束帮助大量激活的NiFe更快速且牢固的附着在基片上,从而使得成膜更加的致密,减少层错,增加了磁阻率。同时,本发明制备方法操作简单,仅需要在溅射过程中打开离子源辅助沉积,不需要额外操作,不增加生产时间。
表1
未打开 | 1.07% | 1.19% | 1.14% |
打开 | 1.71% | 1.72% | 1.68% |
表2
未打开 | 1.19% | 1.27% | 1.18% |
打开 | 1.36% | 1.57% | 1.40% |
Claims (8)
1.一种提高各向异性磁电阻磁阻率的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一、清洗硅片,将干净的硅片固定至溅射室的样品盘上;
步骤二、对溅射室抽高真空,当真空度低于设定值时,通入氩气;
步骤三、打开高能离子源,高能离子源对硅片清洗进行,清洗完成后关闭高能离子源;
步骤四、设定溅射功率,设置溅射的偏置电压,设定溅射时间,保持溅射室的工作气压在设定值;
步骤五、根据步骤四设定的参数,开始溅射NiFe,同时,再次打开高能离子源,使得高能离子源的离子束流照射至硅片。
2.根据权利要求1所述的提高各向异性磁电阻磁阻率的制备方法,其特征在于:步骤二中,设定值为5×10-4Pa,步骤四中,设定值为0.2Pa~2Pa。
3.根据权利要求1或2所述的提高各向异性磁电阻磁阻率的制备方法,其特征在于:步骤一中,使用异丙醇通过超声波清洗机清洗硅片。
4.根据权利要求3所述的提高各向异性磁电阻磁阻率的制备方法,其特征在于:步骤二中,使用分子泵对溅射室抽高真空。
5.一种提高各向异性磁电阻磁阻率的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一、清洗硅片,将干净的硅片固定至溅射室的样品盘上;
步骤二、对溅射室抽高真空,当真空度低于设定值时,通入氩气;
步骤三、打开高能离子源,高能离子源对硅片清洗进行,清洗完成后关闭高能离子源;
步骤四、溅射第一层Ta;
4.1)设定溅射功率,设置溅射的偏置电压,设定溅射时间,保持溅射室的工作气压在设定值;
4.2)根据步骤4.1)设定的参数,开始溅射Ta,同时,再次打开高能离子源,使得高能离子源的离子束流照射至硅片,溅射完成后关闭高能离子源;
步骤五、溅射第二层NiF e;
5.1)设定溅射功率,设置溅射的偏置电压,设定溅射时间,保持溅射室的工作气压在设定值;
5.2)根据步骤5.1)设定的参数,开始溅射NiF e,同时,再次打开高能离子源,使得高能离子源的离子束流照射至硅片,溅射完成后关闭高能离子源;
步骤六、溅射第三层Ta;
6.1)设定溅射功率,设置溅射的偏置电压,设定溅射时间,保持溅射室的工作气压在设定值;
6.2)根据步骤6.1)设定的参数,开始溅射Ta,同时,再次打开高能离子源,使得高能离子源的离子束流照射至硅片,溅射完成后关闭高能离子源。
6.根据权利要求5所述的提高各向异性磁电阻磁阻率的制备方法,其特征在于:步骤二中,设定值为5×10-4Pa,步骤四中,设定值为0.2Pa~2Pa。
7.根据权利要求5或6所述的提高各向异性磁电阻磁阻率的制备方法,其特征在于:步骤一中,使用异丙醇通过超声波清洗机清洗硅片。
8.根据权利要求7所述的提高各向异性磁电阻磁阻率的制备方法,其特征在于:步骤二中,使用分子泵对溅射室抽高真空。
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"NiFe薄膜AMR效应及器件化的研究";余涛;《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅰ辑》;20160315;第15卷(第3期);第8-9、16-17页 * |
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