CN114639775A - 超低1/f噪声的各向异性磁电阻传感器及其制备方法 - Google Patents

超低1/f噪声的各向异性磁电阻传感器及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了超低1/f噪声的各向异性磁电阻传感器及其制备方法，属于磁传感技术领域，所述传感器的薄膜材料为多层复合结构，从下至上依次包括Ta缓冲层、MgO层、NiFe层、MgO层和Ta保护层，所述多层复合结构以云母片作为基底采用磁控溅射法制备得到，其中，所述Ta缓冲层直接磁控溅射于云母片基底上；云母片基底为可弯曲的柔性基底，通过控制云母片基底的曲率半径从而控制施加在所述多层复合结构上的压应力，进而降低所述传感器的1/f噪声。本发明采用柔性云母片作为基底，制备出了具有超低1/f噪声的AMR磁传感器，能够满足市场对高性能AMR传感器的应用需求。

Description

超低1/f噪声的各向异性磁电阻传感器及其制备方法
技术领域
本发明属于磁传感技术领域，涉及超低1/f噪声的各向异性磁电阻传感器及其制备方法。
背景技术
各向异性磁电阻（AMR）传感器因其简单的结构、高的灵敏度和低的噪声，广泛应用于地磁导航、车辆测速、智能制造等领域。随着科学技术的发展，一些应用场合需要AMR传感器具有超高的分辨率。AMR传感器的分辨率取决于其灵敏度和1/f噪声（低频下噪声功率密度与频率f成反比），针对这一问题，国际上开展了很多工作，但主要侧重于如何提高传感器的灵敏度。AMR传感器中的1/f噪声与内部缺陷、磁畴分布、体系结构和界面匹配都有显著的关系。到目前为止，从薄膜结构方面降低1/f噪声的工作，主要有增加晶格匹配、真空高温退火以降低缺陷、引入反铁磁钉扎层以稳定磁矩。虽然这些方法在一定程度上降低了传感器的噪声，但是存在降低程度有限、高成本、降低传感灵敏度的缺点。因此，急需开发一种新的降低AMR传感器1/f噪声的方法。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供超低1/f噪声的各向异性磁电阻传感器及其制备方法，所述传感器的薄膜材料为多层复合结构，从下至上依次包括Ta缓冲层、MgO层、NiFe层、MgO层和Ta保护层，所述多层复合结构以柔性云母片作为基底采用磁控溅射法制备得到，利用压应力来调节所述多层复合结构中MgO层和NiFe层之间界面Fe-O轨道杂化强度，有效控制NiFe层的磁矩排列，降低了其不一致的磁化翻转，从而降低了传感器的1/f噪声，可以满足低噪声AMR传感器的需求。
为实现上述目的，本发明提供超低1/f噪声的各向异性磁电阻传感器，所述传感器的薄膜材料为多层复合结构，从下至上依次包括Ta缓冲层、MgO层、NiFe层、MgO层和Ta保护层，所述多层复合结构以云母片作为基底采用磁控溅射法制备得到，其中，所述Ta缓冲层直接磁控溅射于云母片基底上；所述云母片基底为可弯曲的柔性基底，通过控制所述云母片基底的曲率半径从而控制施加在所述多层复合结构上的压应力，实现调节MgO层与NiFe层界面的Fe 3d-2p O轨道杂化强度，优化NiFe层的磁矩排列，增加其磁矩的转动一致性，进而降低所述传感器的1/f噪声。
优选地，所述多层复合结构中，所述Ta缓冲层的厚度为45~55 Å，所述MgO层的厚度为15~20 Å，所述NiFe 层的厚度为100~160 Å，所述Ta保护层的厚度为35~45 Å；所述云母片基底的厚度为25~40 μm。
本发明还提供一种如上所述的超低1/f噪声的各向异性磁电阻传感器的制备方法，包括以下步骤：
S1：所述云母片基底的制备：先对云母片进行机械剥离，再进行超声清洗，然后进行表面氩离子轰击处理；
S2：所述多层复合结构的制备：将所述步骤S1制备得到的所述云母片基底贴附于一定曲率半径的凸面模具上，采用磁控溅射法依次生长所述Ta缓冲层、MgO层、NiFe层、MgO层和Ta保护层，得到多层复合结构的薄膜，其中，在磁控溅射过程中，沿所述云母片基底的表面且与所述压应力方向垂直的方向上施加一稳定磁场；
S3：于真空环境下，将所述步骤S2得到的薄膜进行真空磁场热处理，之后冷却至室温；
S4：一次曝光：在暗室环境下，对所述步骤S3得到的薄膜进行匀胶、前烘、紫外曝光、显影和坚膜处理，制备出磁电阻条图案；
S5：一次刻蚀：对所述步骤S4得到的薄膜进行离子束刻蚀处理后，去除剩余的光刻胶；
S6：以所述步骤S5得到的薄膜为基底，采用磁控溅射法依次沉积Ta和Au，形成Ta/Au电极层；
S7：二次曝光：在暗室环境下，对所述步骤S6得到的薄膜进行匀胶、前烘、紫外曝光、显影和坚膜处理，制备出Barber电极图案；
S8：二次刻蚀：对所述步骤S7得到的薄膜进行离子束刻蚀处理后，去除剩余的光刻胶，得到所述超低1/f噪声的各向异性磁电阻传感器。
优选地，所述步骤S1中：
对云母片进行机械剥离具体为：采用小刀沿平行于云母片表面的方向划开，使剥离后云母片的厚度为25~40 μm；
超声清洗具体为：依次采用丙酮溶液、酒精溶液和去离子水进行超声清洗，超声清洗的时间均为3-8 min；
氩离子轰击处理时，轰击电流为25~30 mA，轰击时间为3~5 min。
优选地，所述步骤S2中，所述凸面模具的曲率半径为2~8 mm；磁控溅射时采用氩气作为保护气体，纯度为99.99%，气压为0.4～0.9 Pa；磁控溅射时控制溅射室的本底真空度为1.5×10-5~3.5×10-5 Pa；施加的稳定磁场的大小为400~600 Oe。
优选地，所述步骤S3中，真空环境的真空度为2×10-5~4×10-5 Pa，施加的磁场强度为600~6000 Oe，热处理的温度为400～500 ℃，保温时间为20～40 min。
优选地，所述步骤S4和步骤S7中，匀胶时间为60 s，曝光时间为25 s，显影时间为30 s；所述步骤S4中，所述磁电阻条图案的宽度为30~50 μm，长度为2000~3500 μm。
优选地，所述步骤S5和步骤S8中，采用Ar+刻蚀机进行离子束刻蚀，刻蚀时样品室的本底真空度为4×10-5~6×10-5 Pa；刻蚀时通入氩气作为保护气体，纯度为99.99%，氩气气压为0.03～0.06 Pa；
所述步骤S5中的离子束刻蚀时间为6 min，所述步骤S8中的离子束刻蚀时间为50s。
优选地，所述步骤S5和步骤S8中，去除剩余的光刻胶具体为：依次采用丙酮溶液清洗60s，采用酒精溶液清洗10s。
优选地，所述步骤S6中，磁控溅射时采用氩气作为保护气体，纯度为99.99%，气压为0.4～0.9 Pa；磁控溅射时控制溅射室的本底真空度为3×10-5~5×10-5 Pa。
本发明采用上述技术方案的优点是：
本发明的超低1/f噪声的各向异性磁电阻传感器及其制备方法，所述传感器的薄膜材料为多层复合结构，从下至上依次包括Ta缓冲层、MgO层、NiFe层、MgO层和Ta保护层，所述多层复合结构采用柔性云母片作为基底，利用压应力来调节所述多层复合结构中MgO层和NiFe层之间的界面Fe-O轨道杂化强度，有效控制NiFe层的磁矩排列，降低了其不一致的磁化翻转，从而降低了传感器的1/f噪声，可以满足低噪声AMR传感器的需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例1中制备得到的AMR传感器的噪声测试结果图；
图2为本发明实施例2中制备得到的AMR传感器的噪声测试结果图；
图3为本发明实施例3中制备得到的AMR传感器的噪声测试结果图；
图4为AMR传感器在频率为1 Hz处的噪声功率密度随云母片基底的曲率半径的变化关系图（根据实施例3-7的测试结果绘制）。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供超低1/f噪声的各向异性磁电阻传感器，所述传感器的薄膜材料为多层复合结构，从下至上依次包括Ta缓冲层、MgO层、NiFe层、MgO层和Ta保护层，所述多层复合结构以云母片作为基底采用磁控溅射法制备得到，其中，所述Ta缓冲层直接磁控溅射于所述云母片基底上；所述云母片基底为可弯曲的柔性基底，通过控制云母片基底的曲率半径从而控制施加在所述多层复合结构上的压应力，实现调节MgO层与NiFe层界面的Fe 3d-2pO轨道杂化强度，优化NiFe层的磁矩排列，增加其磁矩的转动一致性，进而降低所述传感器的1/f噪声。
优选地，所述多层复合结构中，所述Ta缓冲层的厚度为45~55 Å，所述MgO层的厚度为15~20 Å，所述NiFe 层的厚度为100~160 Å，所述Ta保护层的厚度为35~45 Å；所述云母片基底的厚度为25~40 μm。
本发明还提供一种如上所述的超低1/f噪声的各向异性磁电阻传感器的制备方法，包括以下步骤：
S1：所述云母片基底的制备：先对云母片进行机械剥离，再进行超声清洗，然后进行表面氩离子轰击处理；
S2：所述多层复合结构的制备：将所述步骤S1制备得到的所述云母片基底贴附于一定曲率半径的凸面模具上，采用磁控溅射法依次生长所述Ta缓冲层、MgO层、NiFe层、MgO层和Ta保护层，得到多层复合结构的薄膜，其中，在磁控溅射过程中，沿所述云母片基底的表面且与所述压应力方向垂直的方向上施加一稳定磁场；
S3：于真空环境下，将所述步骤S2得到的薄膜进行真空磁场热处理，之后冷却至室温；
S4：一次曝光：在暗室环境下，对所述步骤S3得到的薄膜进行匀胶、前烘、紫外曝光、显影和坚膜处理，制备出磁电阻条图案；
S5：一次刻蚀：对所述步骤S4得到的薄膜进行离子束刻蚀处理后，去除剩余的光刻胶；
S6：以所述步骤S5得到的薄膜为基底，采用磁控溅射法依次沉积Ta和Au，形成Ta/Au电极层；
S7：二次曝光：在暗室环境下，对所述步骤S6得到的薄膜进行匀胶、前烘、紫外曝光、显影和坚膜处理，制备出Barber电极图案；
S8：二次刻蚀：对所述步骤S7得到的薄膜进行离子束刻蚀处理后，去除剩余的光刻胶，得到所述超低1/f噪声的各向异性磁电阻传感器。
本发明的超低1/f噪声的各向异性磁电阻传感器的制备方法，对云母片进行机械剥离，以降低云母片的厚度，增加其可弯曲程度，并可以得到洁净的表面。对剥离后的云母片进行超声清洗和表面氩离子轰击，可以进一步降低表面污染物和表面粗糙度。将云母片贴附在具有不同曲率半径的凸面模具上，以对在其上生长的薄膜结构施加不同程度的压应力。在上述云母片基底上依次沉积Ta缓冲层、MgO层、NiFe层、MgO层和Ta保护层的多层复合结构，沉积过程中沿着云母片基底表面且垂直于压应力方向的方向施加一稳定磁场以诱导易磁化方向。然后对沉积的薄膜进行真空磁场热处理，温度为350～450 ℃，以促进NiFe晶化，降低内部缺陷，提高样品性能。最后将薄膜样品微加工成带有Barber电极的AMR传感器。
优选地，所述步骤S1中：
对云母片进行机械剥离具体为：采用小刀沿平行于云母片表面的方向划开，使剥离后云母片的厚度为25~40 μm；
超声清洗具体为：依次采用丙酮溶液、酒精溶液和去离子水进行超声清洗，超声清洗的时间均为3-8 min；
氩离子轰击处理时，轰击电流为25~30 mA，轰击时间为3~5 min。
优选地，所述步骤S2中，所述凸面模具的曲率半径为2~8 mm；磁控溅射时采用氩气作为保护气体，纯度为99.99%，气压为0.4～0.9 Pa；磁控溅射时控制溅射室的本底真空度为1.5×10-5~3.5×10-5 Pa；施加的稳定磁场的大小为400~600 Oe。
优选地，所述步骤S3中，真空环境的真空度为2×10-5~4×10-5 Pa，施加的磁场强度为600~6000 Oe，热处理的温度为400～500 ℃，保温时间为20～40 min。
优选地，所述步骤S4和步骤S7中，匀胶时间为60 s，曝光时间为25 s，显影时间为30 s；所述磁电阻条图案的宽度为30~50 μm，长度为2000~3500 μm。
优选地，所述步骤S5和步骤S8中，采用Ar+刻蚀机进行离子束刻蚀，刻蚀时样品室的本底真空度为4×10-5~6×10-5 Pa；刻蚀时通入氩气作为保护气体，纯度为99.99%，氩气气压为0.03～0.06 Pa；
所述步骤S5中的离子束刻蚀时间为6 min，所述步骤S8中的离子束刻蚀时间为50s。
优选地，所述步骤S5和步骤S8中，去除剩余的光刻胶具体为：依次采用丙酮溶液清洗60s，采用酒精溶液清洗10s。
优选地，所述步骤S6中，磁控溅射时采用氩气作为保护气体，纯度为99.99%，气压为0.4～0.9 Pa；磁控溅射时控制溅射室的本底真空度为3×10-5~5×10-5 Pa。
实施例1
超低1/f噪声的各向异性磁电阻传感器的制备过程如下：
S1：首先，将尺寸为10 mm×10 mm×200 μm的云母片用小刀沿平行于云母片表面的方向划开，剥离成厚度为25 μm的方形云母片。然后依次采用丙酮、酒精和去离子水各超声清洗3 min，清洗过后对其进行表面氩离子轰击处理，轰击电流为25 mA，时间3 min。
S2：将处理好的云母片固定在曲率半径为8 mm的凸面模具上并放入磁控溅射仪中依次沉积Ta原子（厚度为45 Å）、MgO原子（厚度为15 Å）、NiFe原子（厚度为100 Å）、MgO原子（厚度为15 Å）、Ta原子（厚度为35 Å），制备出云母片/Ta(45 Å)/MgO(15 Å)/NiFe(100 Å)/MgO(15 Å)/Ta(35 Å)多层膜结构，溅射时的本底真空度为1.5×10-5 Pa，氩气气压为0.4Pa，氩气的纯度为99.99%，沿着云母片表面且与施加应力方向垂直的方向施加一稳定磁场，大小为400 Oe。
S3：沉积完毕后将样品从模具上取下，对其进行真空磁场热处理，以促进NiFe晶化，降低内部缺陷。热处理过程：400 ℃/20 min，真空度为2×10-5 Pa，施加磁场大小为600Oe。
S4：退火完毕后对进行微加工处理，首先在薄膜表面旋涂一层光刻胶，匀胶时间60s，然后将其放入干燥箱进行前烘处理，然后进行紫外曝光，曝光时间25 s，然后进行显影，显影时间30 s，最后在干燥箱进行坚膜处理，最终得到宽30 μm，长2000 μm的磁电阻条图案。
S5：将上述样品放入刻蚀机中进行刻蚀，刻蚀时本底真空度为刻蚀过程中的本底真空度为4×10-5 Pa，氩气气压为0.03 Pa，氩气的纯度为99.99%，刻蚀时间6 min。刻蚀后的样品需要进行超声清洗，以去除剩余的光刻胶，过程为丙酮溶液60 s，酒精溶液10 s。
S6：将样品放入磁控溅射仪中沉积Ta和Au，形成Ta/Au电极层，电极沉积过程中仪器的真空度为3×10-5 Pa，沉积Ta、Au层时氩气气压为0.4 Pa，氩气的纯度为99.99%。
S7：在样品的表面旋涂一层光刻胶，匀胶时间60 s，然后将其放入干燥箱进行前烘处理，然后进行紫外曝光，曝光时间25 s，然后进行显影，显影时间30 s，最后在干燥箱进行坚膜处理，制备出Barber电极图案；
S8：将样品放入刻蚀机中进行刻蚀，刻蚀时本底真空度为刻蚀过程中的本底真空度为4×10-5 Pa，氩气气压为0.03 Pa，氩气的纯度为99.99%，刻蚀时间50s。刻蚀后的样品需要进行超声清洗，以去除剩余的光刻胶，过程为丙酮溶液60 s，酒精溶液10 s。
将本实施例中制备得到的AMR传感器进行噪声测试，测试过程中对传感器施加5 V供电电压，垂直于磁阻条方向进行磁场扫描，测试结果如图1所示。
实施例2
超低1/f噪声的各向异性磁电阻传感器的制备过程如下：
S1：首先，将尺寸为10 mm×10 mm×200 μm的云母片用小刀沿平行于云母片表面的方向划开，剥离成厚度为30 μm的方形云母片。然后依次采用丙酮、酒精和去离子水各超声清洗5 min，清洗过后对其进行表面氩离子轰击处理，轰击电流为28 mA，时间4min。
S2：将处理好的云母片固定在曲率半径为5 mm的凸面模具上并放入磁控溅射仪中依次沉积Ta原子（厚度为50 Å）、MgO原子（厚度为18 Å）、NiFe原子（厚度为130 Å）、MgO原子（厚度为18 Å）、Ta原子（厚度为40 Å），制备出云母片/Ta(50 Å)/MgO(18 Å)/NiFe(130 Å)/MgO(18 Å)/Ta(40 Å)多层膜结构，溅射时的本底真空度为2.5×10-5 Pa，氩气气压为0.6Pa，氩气的纯度为99.99%，沿着云母片表面且与施加应力方向垂直的方向施加一稳定磁场，大小为500 Oe。
S3：沉积完毕后将样品从模具上取下，对其进行真空磁场热处理，以促进NiFe晶化，降低内部缺陷。热处理过程：450 ℃/30 min，真空度为3×10-5 Pa，施加磁场大小为3000Oe。
S4：退火完毕后对进行微加工处理，首先在薄膜表面旋涂一层光刻胶，匀胶时间60s，然后将其放入干燥箱进行前烘处理，然后进行紫外曝光，曝光时间25 s，然后进行显影，显影时间30 s，最后在干燥箱进行坚膜处理，最终得到宽40 μm，长2700 μm的磁电阻条图案。
S5：将上述样品放入刻蚀机中进行刻蚀，刻蚀时本底真空度为刻蚀过程中的本底真空度为5×10-5 Pa，氩气气压为0.04 Pa，氩气的纯度为99.99%，刻蚀时间6 min。刻蚀后的样品需要进行超声清洗，以去除剩余的光刻胶，过程为丙酮溶液60 s，酒精溶液10 s。
S6：将样品放入磁控溅射仪中沉积Ta和Au，形成Ta/Au电极层，电极沉积过程中仪器的真空度为4.5×10-5 Pa，沉积Ta、Au层时氩气气压为0.6 Pa，氩气的纯度为99.99%。
S7：在样品的表面旋涂一层光刻胶，匀胶时间60 s，然后将其放入干燥箱进行前烘处理，然后进行紫外曝光，曝光时间25 s，然后进行显影，显影时间30 s，最后在干燥箱进行坚膜处理，制备出Barber电极图案；
S8：将样品放入刻蚀机中进行刻蚀，刻蚀时本底真空度为刻蚀过程中的本底真空度为5×10-5 Pa，氩气气压为0.04 Pa，氩气的纯度为99.99%，刻蚀时间50s。刻蚀后的样品需要进行超声清洗，以去除剩余的光刻胶，过程为丙酮溶液60 s，酒精溶液10 s。
将本实施例中制备得到的AMR传感器进行噪声测试，测试过程中对传感器施加5 V供电电压，垂直于磁阻条方向进行磁场扫描，测试结果如图2所示。
实施例3
超低1/f噪声的各向异性磁电阻传感器的制备过程如下：
S1：首先，将尺寸为10 mm×10 mm×200 μm的云母片用小刀沿平行于云母片表面的方向划开，剥离成厚度为40 μm的方形云母片。然后依次采用丙酮、酒精和去离子水各超声清洗5 min，清洗过后对其进行表面氩离子轰击处理，轰击电流为30 mA，时间5min。
S2：将处理好的云母片固定在曲率半径为2 mm的凸面模具上并放入磁控溅射仪中依次沉积Ta原子（厚度为55 Å）、MgO原子（厚度为20 Å）、NiFe原子（厚度为160 Å）、MgO原子（厚度为20 Å）、Ta原子（厚度为45 Å），制备出云母片/Ta(55 Å)/MgO(20 Å)/NiFe(160 Å)/MgO(20 Å)/Ta(45 Å)多层膜结构，溅射时的本底真空度为3.5×10-5 Pa，氩气气压为0.9Pa，氩气的纯度为99.99%，沿着云母片表面且与施加应力方向垂直的方向施加一稳定磁场，大小为600 Oe。
S3：沉积完毕后将样品从模具上取下，对其进行真空磁场热处理，以促进NiFe晶化，降低内部缺陷。热处理过程：500 ℃/40 min，真空度为4×10-5 Pa，施加磁场大小为6000Oe。
S4：退火完毕后对进行微加工处理，首先在薄膜表面旋涂一层光刻胶，匀胶时间60s，然后将其放入干燥箱进行前烘处理，然后进行紫外曝光，曝光时间25 s，然后进行显影，显影时间30 s，最后在干燥箱进行坚膜处理，最终得到宽50 μm，长3500 μm的磁电阻条图案。
S5：将上述样品放入刻蚀机中进行刻蚀，刻蚀时本底真空度为刻蚀过程中的本底真空度为6×10-5 Pa，氩气气压为0.06 Pa，氩气的纯度为99.99%，刻蚀时间6 min。刻蚀后的样品需要进行超声清洗，以去除剩余的光刻胶，过程为丙酮溶液60 s，酒精溶液10 s。
S6：将样品放入磁控溅射仪中沉积Ta和Au，形成Ta/Au电极层，电极沉积过程中仪器的真空度为5×10-5 Pa，沉积Ta、Au层时氩气气压为0.9 Pa，氩气的纯度为99.99%。
S7：在样品的表面旋涂一层光刻胶，匀胶时间60 s，然后将其放入干燥箱进行前烘处理，然后进行紫外曝光，曝光时间25 s，然后进行显影，显影时间30 s，最后在干燥箱进行坚膜处理，制备出Barber电极图案；
S8：将样品放入刻蚀机中进行刻蚀，刻蚀时本底真空度为刻蚀过程中的本底真空度为6×10-5 Pa，氩气气压为0.06 Pa，氩气的纯度为99.99%，刻蚀时间50s。刻蚀后的样品需要进行超声清洗，以去除剩余的光刻胶，过程为丙酮溶液60 s，酒精溶液10 s。
将本实施例中制备得到的AMR传感器进行噪声测试，测试过程中对传感器施加5 V供电电压，垂直于磁阻条方向进行磁场扫描，测试结果如图3所示。
从图1到图3可以看出，通过改变柔性云母片的曲率半径来给传感器施加不同程度的压应力，可以使得传感器的1/f噪声显著降低。
实施例4-7
实施例4与实施例3的区别在于，凸面模具的曲率半径为4 mm。
实施例5与实施例3的区别在于，凸面模具的曲率半径为6 mm。
实施例6与实施例3的区别在于，凸面模具的曲率半径为7 mm。
实施例7与实施例3的区别在于，凸面模具的曲率半径为8 mm。
将实施例4-7中制备得到的AMR传感器进行噪声测试，测试过程中对传感器施加5V供电电压，垂直于磁阻条方向进行磁场扫描。根据实施例3-7的测试结果得到在频率为1Hz处的噪声功率密度随云母片基底的曲率半径的变化关系图，如图4所示。AMR磁传感器的噪声在低频率下主要表现为1/f特征，即在一个相当宽的频带内，噪声功率密度与频率成反比，故称为1/f噪声。1/f噪声的大小用特定频率（AMR磁传感器通常选取1Hz）下的噪声功率密度来衡量，功率密度越大，1/f噪声越大；功率密度越小，1/f噪声越低。从图4中可以看出，云母片基底的曲率半径越小，噪声功率密度也越小，当云母片基底的曲率半径由8mm减小到2mm时，即施加在传感器上的压应力增加，AMR传感器的噪声功率密度则由2009 nV/
Figure 749959DEST_PATH_IMAGE001
降为120 nV/
Figure 364743DEST_PATH_IMAGE001
，这说明对传感器施加一定程度的压应力可以有效降低Ta/MgO/NiFe/MgO/Ta结构的AMR传感器的1/f噪声。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.超低1/f噪声的各向异性磁电阻传感器，其特征在于，所述传感器的薄膜材料为多层复合结构，从下至上依次包括Ta缓冲层、MgO层、NiFe层、MgO层和Ta保护层，所述多层复合结构以云母片作为基底采用磁控溅射法制备得到，其中，所述Ta缓冲层直接磁控溅射于云母片基底上；所述云母片基底为可弯曲的柔性基底，通过控制所述云母片基底的曲率半径从而控制施加在所述多层复合结构上的压应力，进而降低所述传感器的1/f噪声。
2.根据权利要求1所述的超低1/f噪声的各向异性磁电阻传感器，其特征在于，所述多层复合结构中，所述Ta缓冲层的厚度为45~55 Å，所述MgO层的厚度为15~20 Å，所述NiFe 层的厚度为100~160 Å，所述Ta保护层的厚度为35~45 Å；所述云母片基底的厚度为25~40 μm。
3.一种权利要求1或2所述的超低1/f噪声的各向异性磁电阻传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：所述云母片基底的制备：先对云母片进行机械剥离，再进行超声清洗，然后进行表面氩离子轰击处理；
S2：所述多层复合结构的制备：将所述步骤S1制备得到的所述云母片基底贴附于一定曲率半径的凸面模具上，采用磁控溅射法依次生长所述Ta缓冲层、MgO层、NiFe层、MgO层和Ta保护层，得到多层复合结构的薄膜，其中，在磁控溅射过程中，沿所述云母片基底的表面且与所述压应力方向垂直的方向上施加一稳定磁场；
S3：于真空环境下，将所述步骤S2得到的薄膜进行真空磁场热处理，之后冷却至室温；
S4：一次曝光：在暗室环境下，对所述步骤S3得到的薄膜进行匀胶、前烘、紫外曝光、显影和坚膜处理，制备出磁电阻条图案；
S5：一次刻蚀：对所述步骤S4得到的薄膜进行离子束刻蚀处理后，去除剩余的光刻胶；
S6：以所述步骤S5得到的薄膜为基底，采用磁控溅射法依次沉积Ta和Au，形成Ta/Au电极层；
S7：二次曝光：在暗室环境下，对所述步骤S6得到的薄膜进行匀胶、前烘、紫外曝光、显影和坚膜处理，制备出Barber电极图案；
S8：二次刻蚀：对所述步骤S7得到的薄膜进行离子束刻蚀处理后，去除剩余的光刻胶，得到所述超低1/f噪声的各向异性磁电阻传感器。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中：
对云母片进行机械剥离具体为：采用小刀沿平行于云母片表面的方向划开，使剥离后云母片的厚度为25~40 μm；
超声清洗具体为：依次采用丙酮溶液、酒精溶液和去离子水进行超声清洗，超声清洗的时间均为3-8 min；
氩离子轰击处理时，轰击电流为25~30 mA，轰击时间为3~5 min。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述凸面模具的曲率半径为2~8 mm；磁控溅射时采用氩气作为保护气体，纯度为99.99%，气压为0.4～0.9 Pa；磁控溅射时控制溅射室的本底真空度为1.5×10-5~3.5×10-5 Pa；施加的稳定磁场的大小为400~600 Oe。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，真空环境的真空度为2×10-5~4×10-5 Pa，施加的磁场强度为600~6000 Oe，热处理的温度为400～500 ℃，保温时间为20～40 min。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S4和步骤S7中，匀胶时间为60 s，曝光时间为25 s，显影时间为30 s；所述步骤S4中，所述磁电阻条图案的宽度为30~50μm，长度为2000~3500 μm。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S5和步骤S8中，采用Ar+刻蚀机进行离子束刻蚀，刻蚀时样品室的本底真空度为4×10-5~6×10-5 Pa；刻蚀时通入氩气作为保护气体，纯度为99.99%，氩气气压为0.03～0.06 Pa；
所述步骤S5中的离子束刻蚀时间为6 min，所述步骤S8中的离子束刻蚀时间为50s。
9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S5和步骤S8中，去除剩余的光刻胶具体为：依次采用丙酮溶液清洗60s，采用酒精溶液清洗10s。
10.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S6中，磁控溅射时采用氩气作为保护气体，纯度为99.99%，气压为0.4～0.9 Pa；磁控溅射时控制溅射室的本底真空度为3×10-5~5×10-5 Pa。
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