CN115148896A - 一种磁传感器及其制备方法和电子设备 - Google Patents

Abstract

一种磁传感器及其制备方法和电子设备，磁传感器包括磁性隧道结，磁性隧道结包括底钉扎层、被钉扎层、势垒层、自由层、顶钉扎层及复合稳定层；复合稳定层包括至少两个稳定铁磁层及设置于相邻稳定铁磁层之间的非磁隔离层；底钉扎层与被钉扎层之间形成平行于底钉扎层的第一钉扎场，复合稳定层与顶钉扎层之间形成平行于底钉扎层的第二钉扎场，第一钉扎场和第二钉扎场的方向相交。本发明磁传感器通过在磁性隧道结中设置复合稳定层，使复合稳定层与顶钉扎层之间形成复合钉扎场，进而提升顶钉扎层的稳定性，从而可以在保证线性范围可调控的情况下，获得高的热稳定性。

Description

一种磁传感器及其制备方法和电子设备

技术领域

本发明属于磁传感器技术领域，尤指涉及一种磁传感器及其制备方法和电子设备。

背景技术

磁性隧道结(TMR)技术作为在磁传感领域被成功应用的最新一代技术，已在非接触式电流检测、位置检测、角度检测及硬盘读写磁头等器件上广泛应用。目前常用的磁性隧道结多是基于MgO为势垒层、CoFeB为自由层的基础结构，在常温下具有较高的TMR值。

在获得较高TMR比值的前提下，线性范围调控是磁性隧道结的难点之一。磁性隧道结的线性范围调控主要有两种方式，一是通过外加偏置磁场的方式来影响磁性隧道结的线性感应范围，如在制备磁隧道电阻时在邻近区域通过磁控溅射或电镀的方式添加硬磁材料，或者在TMR磁性隧道结器件周围添加永磁偏置场，通过硬磁材料产生的磁场或永磁偏置场进行线性范围的调控；但这种方式存在产品一致性差、成本高等不足。另一种方式是通过调整磁性隧道结本身的材料层种类及厚度匹配来进行线性范围调控；这种方式可以使磁性隧道结在产品一致性、低成本、小型化等方面得到改进，然而在实际应用中，磁性隧道结受到环境温度高、器件焊接及使用时的热量积累等因素的影响，稳定性会有一定程度的下降，如电阻变化、磁滞增加、TMR比值降低等。

如何提供一种线性范围可调控且具有高的热稳定性是磁性隧道结当前需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种线性范围可调控且具有良好热稳定性的磁传感器。

本发明的另一目的在于提供一种线性范围可调控且具有良好热稳定性的磁传感器的制备方法。

为了实现上述第一目的，本发明采取如下的技术解决方案：

一种磁传感器，包括磁性隧道结，所述磁性隧道结包括底钉扎层、被钉扎层、势垒层、自由层、顶钉扎层及复合稳定层；所述复合稳定层包括至少两个稳定铁磁层以及设置于相邻的所述稳定铁磁层之间的非磁隔离层；所述底钉扎层与所述被钉扎层之间形成有平行于所述底钉扎层的第一钉扎场，所述复合稳定层与所述顶钉扎层之间形成有平行于所述底钉扎层的第二钉扎场，所述第一钉扎场和所述第二钉扎场的方向正交、成锐角或成钝角。

进一步的，所述磁性隧道结包括多个，所述多个的磁性隧道结形成惠斯通电桥结构。

进一步的，所述稳定铁磁层的材质为NiFe、CoFe、Fe、Co、Ni中的至少一种；所述非磁隔离层的材质为Ru或Ta。

进一步的，所述稳定铁磁层的厚度为1.5～3nm；和/或，所述非磁隔离层的厚度为0.6～0.9nm。

进一步的，所述顶钉扎层的材质为IrMn，厚度为10～25nm；和/或，所述底钉扎层的材质为IrMn或PtMn，厚度为10～25nm。进一步的，所述自由层包括依次设置于所述势垒层上方的第二子自由层、第二非磁间隔层以及第一子自由层；所述第一子自由层的材质为NiFe、CoFe、CoFeSiB、NiFeSiB中的一种，厚度为5-60nm；所述第二子自由层的材质为CoFeB，厚度为1.5-3nm；所述第二非磁间隔层的材质为Ta或Ru，厚度为0.6-0.9nm。进一步的，位于所述底钉扎层背向所述被钉扎层的一侧设置有底电极层，所述底电极层包括多个Ta层以及设置于相邻的所述Ta层之间的Cu层或CuN层。

为了实现上述第二目的，本发明采取如下的技术解决方案：

一种磁传感器的制备方法，包括以下步骤：

进行磁性隧道结的第一退火，所述磁性隧道结包括底钉扎层、被钉扎层、势垒层、自由层、顶钉扎层以及复合稳定层，其中所述第一退火将所述底钉扎层与所述被钉扎层之间的第一钉扎场设置在第一磁化方向上；

进行所述磁性隧道结的第二退火，其中，所述第二退火将所述顶钉扎层与所述复合稳定层之间的第二钉扎场设置在第二磁化方向上；所述第一磁化方向与所述第二磁化方向正交、成锐角或成钝角。

进一步的，所述第一退火的磁场大小为0.5-1T，退火温度为310-350℃；所述第二退火的磁场大小为0.02-0.05T，退火温度为200-250℃；所述第一退火和所述第二退火的磁场方向正交、成锐角或成钝角。

本发明还提供了一种电子设备，包括前述磁传感器，所述磁传感器用作位置传感器、角度传感器、磁开关、电流传感器中的至少一种。

由以上技术方案可知，本发明磁传感器在磁性隧道结的顶钉扎层背离自由层的一侧设置复合稳定层，复合稳定层中包含有交替设置的稳定铁磁层和非磁隔离层，复合稳定层的被非磁隔离层隔开的稳定铁磁层之间存在铁磁耦合或反铁磁耦合，通过这种耦合作用使复合稳定层与顶钉扎层之间形成复合钉扎场，能够提升顶钉扎层的稳定性，从而在保证磁性隧道结的线性范围可调控的情况下，具有良好的热稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，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他的附图。

图1为本发明实施例1磁性隧道结的结构示意图；

图2为本发明实施例1和对比例1的磁传感器在加热前的磁滞回线的对比图；

图3为本发明实施例1和对比例1的磁传感器在加热后的磁滞回线的对比图；

图4为本发明实施例1和对比例2的磁传感器在加热前的磁滞回线的对比图；

图5为本发明实施例1和对比例2的磁传感器在加热后的磁滞回线的对比图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的附图会不依一般比例做局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。需要说明的是，附图采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、清晰地辅助说明本发明实施例的目的。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量；术语“正”、“反”、“底”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明的磁传感器包括磁性隧道结，该磁性隧道结可以为1个或多个，多个磁性隧道结连接时可形成惠斯通电桥结构。如图1所示，本实施例提供的磁性隧道结包括从下往上依次设置的底电极层1、种子层2、底钉扎层3、被钉扎层4、势垒层5、自由层6、顶钉扎层7、复合稳定层8、缓冲层9及顶电极层10，底电极层1是该磁性隧道结的最底层，顶电极层10是该磁性隧道结的最顶层。

作为本发明一种可选的实施方式，被钉扎层4可为多层结构，如，被钉扎层4从上往下依次包括上铁磁层4a、第一非磁间隔层4b和下铁磁层4c，上铁磁层4a和下铁磁层4c可采用CoFe或CoFeB制成，上铁磁层4a的厚度可为1.5～3nm，可优选为2nm，下铁磁层4c的厚度可为2～4nm。第一非磁间隔层4b可采用Ru制成，厚度可为0.6～0.9nm，可优选为0.8nm。

作为本发明另一种可选的实施方式，自由层6可为多层结构，如，自由层6从上往下依次包括第一子自由层6a、第二非磁间隔层6b和第二子自由层6c。自由层6中的第一子自由层6a和第二子自由层6c由铁磁材料制成，具体的，可为NiFe、CoFe、CoFeSiB、NiFeSiB中的任意一种。第一子自由层6a的厚度可为5～60nm，第二子自由层6c的厚度可为1.5～3nm，优选为2nm。在由铁磁材料制成的第一子自由层6a和第二子自由层6c之间设置由如Ta或Ru等非磁性材料制成的第二非磁间隔层6b。第二非磁间隔层6b的厚度太薄时，难以阻止上下两层铁磁层之间的相互扩散；厚度太厚时，会使得第一子自由层6a形成的钉扎场难以穿透非磁间隔层对第二子自由层6b产生钉扎影响，基于此，第二非磁间隔层6b的厚度可为0.6～0.9nm，优选为0.8nm。当自由层为复合多层结构时，可以通过调整第一子自由层6a的材料种类和/或厚度来改变其饱和场的大小，进而达到改变磁性隧道结整体的饱和场大小，此外，还可以通过对第一子自由层6a的材料种类和/或厚度的改变来调整磁性隧道结的线性探测范围，第一子自由层6a的厚度越小，对应的探测范围越宽但隧道磁阻效应MR值越低(即宽探测范围低灵敏度)；厚度越大，对应的探测范围越窄但隧道磁阻效应MR值越高(即窄探测范围高灵敏度)，可以根据应用场景来调控，达到调整磁性隧道结的线性范围的目的。

本发明的复合稳定层8为多层结构，其包括交替设置的稳定铁磁层和非磁隔离层，其中，稳定铁磁层至少有两层，稳定铁磁层之间由非磁隔离层隔开。一个可选的实施例中复合稳定层8为三层结构，从上往下依次为第一稳定铁磁层8a、非磁隔离层8b和第二稳定铁磁层8c。复合稳定层8为多层磁性超晶格结构，是通过磁控溅射交替沉积铁磁材料(FM)/非铁磁材料(NM)所形成的界面清晰的多层膜。稳定铁磁层可采用NiFe或CoFe材料制成，厚度可为1.5～3nm，优选为2.2nm。将稳定铁磁层的厚度设置在1.5～3nm范围内，可以调节复合稳定层中的层间交换耦合作用，通过这种作用使复合稳定层与顶钉扎层之间形成复合钉扎场(顶钉扎场)。非磁隔离层可采用Ru或Ta等材料制成，厚度可为0.6～0.9nm，优选为0.8nm。实施例中三层结构的复合稳定层8的各层可为CoFe/Ru/CoFe，或NiFe/Ru/NiFe，或CoFe/Ta/CoFe，或NiFe/Ta/NiFe。在其他的实施例中，复合稳定层8的层数还可以相应变化，如有4层或4层以上，稳定铁磁层和非磁隔离层交替设置，钉扎层和复合稳定层中的稳定铁磁层相邻。稳定铁磁层除了可采用NiFe或CoFe材料制成，还可以采用Fe、Co、Ni及其合金制成，非磁隔离层除了可采用Ru或Ta材料制成外，还可以是元素周期表中3d、4d、5d过渡金属及其化合物。

本发明的复合稳定层8包括稳定铁磁层(磁性层)和非磁隔离层(非铁磁层)，从而使得复合稳定层的磁性超晶格结构中存在两种层间交换耦合：一种是铁磁耦合，另一种是反铁磁耦合。复合稳定层8的层间交换耦合会随着非磁隔离层的厚度而周期震荡变化，同时也会随稳定铁磁层的厚度发生震荡变化。其本质为稳定铁磁层使与之接触的非磁隔离层中的传导电子极化，这些极化电子与另一稳定铁磁层相互作用导致层间交换耦合。两层稳定铁磁层之间的反铁磁交换耦合的大小可以通过饱和场H_S计算，两层稳定铁磁层之间的反铁磁交换耦合的大小J_AF＝-M_St_FH_S/2，式中的M_S和t_F分别表示稳定铁磁层的饱和磁化强度和稳定铁磁层的厚度，H_S为磁性隧道结的饱和场。本发明在顶钉扎层7的上方设置多层结构的复合稳定层，可以通过调整复合稳定层材料的种类和厚度，使复合稳定层的稳定铁磁层之间始终存在一定大小的铁磁或反铁磁耦合，通过这种耦合作用使复合稳定层8与顶钉扎层7之间形成复合钉扎场，提升顶钉扎层7的稳定性，从而使得该磁性隧道结的热稳定性得到了提升。

本发明磁传感器的制备过程包括材料生长和磁场退火两个部分。首先，通过磁控溅射的方式生长磁性隧道结各层材料：

如图1所示，准备基片0，本实施例的基片0为硅氧化片，是在硅基板上通过场氧化生长厚度为100～500nm的SiO₂；

在基片0的一侧表面生长底电极层1，底电极层1可为多层结构，依次为Ta/CuN/Ta/CuN/Ta，其中，Ta层的厚度可为2～6nm，CuN层的厚度可为10～30nm；底电极层1也可为单层结构，单层底电极层的材料可为Ta、Cu、Ru、CuN中一种或多种；当为多层结构时，各层材料可为Ta、Cu、Ru、CuN中一种或多种，除了可以是Ta/CuN/Ta/CuN/Ta外，也可以是Ta/Cu/Ta/Cu/Ta；

在底电极层1背离基片0的一侧表面生长种子层2，种子层2可采用Ta、Ru中的一种或多种制成，可为单层或多层结构，厚度可为2～6nm；种子层2可以减小位于其上方的底钉扎层3的表面粗糙度，使其平坦且连续，同时还可以起缓冲作用，阻止底电极层1和基片0的杂质缺陷等向上扩散；种子层2不是必须的，在一些实施例中可以省略；

在种子层2背离底电极层1的一侧表面生长底钉扎层3，底钉扎层3可用IrMn或PtMn制成，底钉扎层3的厚度可为10～25nm，进一步可优选为15～17nm；

在底钉扎层3背离种子层2的一侧表面上生长被钉扎层4，被钉扎层4从上往下依次为上铁磁层4a、第一非磁间隔层4b和下铁磁层4c，上铁磁层4a可为CoFeB层，下铁磁层4c可为CoFe层，第一非磁间隔层4b可为Ru层；在生长下铁磁层和上铁磁层时，沿着水平方向选择性施加一定大小的磁场引导材料生长；

在被钉扎层4背离底钉扎层3的一侧表面上生长势垒层5，势垒层可为MgO层；通过调整势垒层5的厚度可以调整磁性隧道结的阻值大小，势垒层5的厚度可为0.9～2.5nm；

在势垒层5背离被钉扎层4的一侧表面上生长自由层6，自由层6为多层结构时，从上往下依次包括第一子自由层6a、第二非磁间隔层6b和第二子自由层6c，第一子自由层6a可为NiFe层，第二子自由层6c可为CoFeB层，第二非磁间隔层6b可为Ru层；在生长第一子自由层6a时，沿着水平方向选择性施加一定大小的磁场引导材料生长，磁场方向与生长被钉扎层4时施加的方向水平垂直；

在自由层6背离势垒层5的一侧表面生长顶钉扎层7，顶钉扎层7由反铁磁硬磁材料IrMn制成，厚度可为10～25nm；顶钉扎层7与自由层6形成顶钉扎场，自由层6为多层复合结构时，复合自由层中的第二子自由层6c的磁矩方向没有被钉扎场完全钉扎，从而自由层6的磁矩方向可以随外界磁场的变化而发生偏转，当外界磁场消失时，自由层6的磁矩方向再次回到初始方向状态；顶钉扎层7的厚度不同会影响其和稳定层所形成的钉扎场，顶钉扎层7的厚度越厚时，其对自由层的钉扎效果越强，当存在外加磁场时，自由层(第二子自由层)的磁矩方向越难翻转，因此，为了保证顶钉扎层对自由层的钉扎效果以及自由层的磁矩方向在工作时可以翻转，顶钉扎层7的厚度要在一定的范围内；

在顶钉扎层7背离自由层6的一侧表面上生长复合稳定层8，复合稳定层8为三层结构时，从上往下依次为第一稳定铁磁层8a、非磁隔离层8b和第二稳定铁磁层8c；

在复合稳定层8背离顶钉扎层7的一侧表面上生长缓冲层9，缓冲层为Ta或Ru中的一种或多种组成的单层或多层；具体应用中，缓冲层为Ta层时，其厚度可为2～6nm，缓冲层为Ru层时，其厚度为10～30nm，当缓冲层为多层时，可以是Ta层和Ru层交替设置，如Ta/Ru/Ta...的叠层结构；相比于单层Ta缓冲层，厚度更厚的单层Ru缓冲层的整体稳定性更强，普适性更好；在一些实施例中可以省略缓冲层9；

在缓冲层9背离复合稳定层8的一侧表面上生长顶电极层10，顶电极层10可以是Ta、Cu、Ru、CuN中一种或多种制成的单层或多层结构，顶电极层10为单层结构时，厚度可为2～80nm，可以是厚度为2-80nm的单层NiFe，也可以是一定厚度的Cu或其它导电薄膜；顶电极层除了保证良好的导电性能外，也要考虑对环境的稳定性，主要是抗氧化及耐腐蚀性，因此优选采用多层结构，如Ta/CuN/Ta/Ru结构，厚度依次为3nm/5nm/3nm/5nm，采用多层结构的顶电极层，将其最顶层设置为金属Ru，可具有较强的稳定性和抗氧化性；

在磁性隧道结对应各层材料生长完成后进行磁退火处理：

进行磁性隧道结的第一退火，第一退火的磁场大小可为0.5～1T，退火温度为大于底钉扎层3的奈尔温度，优选为310～350℃；磁场方向为平行于底钉扎层3(顶钉扎层7)所在平面；在第一退火完成后，底钉扎层3和被钉扎层4形成的底钉扎场(第一钉扎场)的方向(磁化方向)与第一退火的磁场方向一致，即平行于底钉扎层3(顶钉扎层7)；

进行磁性隧道结的第二退火，第二退火的磁场大小可为0.02～0.05T，退火温度为小于底钉扎层3的奈尔温度，优选为200～250℃；磁场方向和第一退火的磁场方向相垂直(可在85°到95°范围之间)；第二退火的温度低于底钉扎层3的奈尔温度，不会造成底钉扎层3的磁矩方向发生偏转，进而不会对底钉扎场的磁场方向进行扰动，同时第二退火的温度低于顶钉扎层7的奈尔温度，在不影响低钉扎场磁场方向的同时，能够改变顶钉扎层7的微观磁矩排列，使得顶钉扎层7的大部分磁矩沿着第二退火的磁场方向进行排列，有利于顶钉扎层7钉扎场的形成；第二退火完成后，顶钉扎层7和复合稳定层8形成的顶钉扎场(第二钉扎场)的方向与第二退火的磁场方向一致，顶钉扎场方向和底钉扎场方向间的夹角理论上接近90℃，实现正交；在其他的实施例中，顶钉扎场方向和底钉扎场方向之间的夹角也可为锐角或钝角。

当施加外界磁场时，使外界磁场的方向与由底钉扎层3和被钉扎层4形成的底钉扎场的方向平行，由顶钉扎层7和复合自由层8形成的顶钉扎场的方向与外界磁场的方向正交，即相差90°。通过二次磁退火的方式，可以使磁性隧道结工作时复合自由层自身达到磁饱和，并可以克服由顶钉扎层和复合自由层形成的顶钉扎场，增加磁性隧道结的饱和场和线性范围。

本发明的磁传感器中，底钉扎层3和被钉扎层4相互作用形成底钉扎场，底钉扎场的方向平行于底钉扎层3；顶钉扎层7与复合稳定层8相互作用形成顶钉扎场，顶钉扎场的方向平行于顶钉扎层7(底钉扎层3)，两个钉扎场的方向夹角为90°，复合稳定层8与顶钉扎层7形成的复合钉扎场有利于增加顶钉扎层7的磁场稳定性。

下面通过具体实施例和对比例对本发明作进一步的说明。下述说明中所使用到的试剂、材料以及仪器如没有特殊的说明，均为常规试剂、常规材料以及常规仪器，均可商购获得，所涉及的试剂也可通过常规合成方法合成获得。

实施例1

本实施例的磁传感器包括1个磁性隧道结，该磁性隧道结的结构如图1所示，其制备方法的步骤如下：

S1.提供基片0，基片0为在硅基板上通过场氧化生长的厚度为500nm的SiO₂得到；

S2.在基片0上从下往上依次生长3nm的Ta层、20nm的CuN层、3nm的Ta层、20nm的CuN层以及3nm的Ta层，得到底电极层1；

S3.在底电极层1上生长3nm的Ru层，得到种子层2；

S4.在种子层2上生长15nm的IrMn层，得到底钉扎层3；

S5.在底钉扎层上从下往上依次生长3nm的CoFe层(下铁磁层4c)、0.8nm的Ru层(第一非磁隔离层4b)、1.8nm的CoFeB层(上铁磁层4a)，得到被钉扎层4；

S6.在被钉扎层4上生长1.5nm的MgO层，得到势垒层5；

S7.在势垒层5上从下往上依次生长1.8nm的CoFeB层(第二子自由层6c)、0.8nm的Ru层(第二非磁间隔层6b)、25nm的NiFe层(第一子自由层6a)，得到复合结构的自由层6；

S8.在自由层6上生长10nm的IrMn层，得到顶钉扎层7；

S9.在顶钉扎层7上从下往上依次生长2.2nm的NiFe层(第二稳定铁磁层8a)、0.8nm的Ru层(非磁隔离层8b)、2nm的NiFe层(第一稳定铁磁层8a)，得到复合稳定层8；

S10.在复合稳定层8上生长Ta层，得到生长缓冲层9；

S11.在缓冲层9上方从下往上依次生长5nm的Ru层、3nm的Ta层、5nm的CuN层、3nm的Ta层，得到顶电极层10，得到磁性隧道结；

S12.将步骤11得到的磁性隧道结在磁场为0.8T、温度为330℃的条件下进行第一退火，磁场方向平行于底钉扎层(顶钉扎层)所在平面，退火时间为60min；

S13.将第一退火后的磁性隧道结在磁场为0.03T、温度为220℃的条件下进行第二退火，第二退火时的磁场方向和第一退火时的磁场方向相垂直，且同时平行于底钉扎层(顶钉扎层)所在平面，退火时间为30min，第二退火完成后，制备得到最终的具有1个磁性隧道结的磁传感器。

实施例2

本实施例与实施例1相比，不同的地方在于：第一子自由层6a的厚度为4nm，其余材料及制备工艺均相同。

实施例3

本实施例与实施例1相比，不同的地方在于：第二子自由层6c的厚度为1nm，其余材料及制备工艺均相同。

实施例4

本实施例与实施例1相比，不同的地方在于：第二子自由层6c的厚度为1.2nm，其余材料及制备工艺均相同。

实施例5

本实施例与实施例1相比，不同的地方在于：第二子自由层6c的厚度为1.4nm，其余材料及制备工艺均相同。

实施例6

本实施例与实施例1相比，不同的地方在于：第二子自由层6c的厚度为1.5nm，其余材料及制备工艺均相同。

对比例1

本对比例与实施例1相比，不同的地方在于，在顶钉扎层7上方直接生长Ta层，得到缓冲层9，对比例的顶钉扎层7和缓冲层9之间没有复合稳定层，其余各层所用的材料种类及厚度设置均和实施例一样，生长工艺及二次退火条件也相同。

对比例2

本对比例与实施例1相比，不同在于，在S9步骤中，在顶钉扎层7上仅生长一层NiFe层，该NiFe层的厚度为4.2nm。

为了体现本发明磁传感器在提升热稳定性上的效果，将对比例1-2和实施例1的磁传感器进行高温稳定性测试。高温稳定性测试是通过对磁传感器加热，比较加热前后(自由层)磁滞回线的偏移大小，来对磁传感器的热稳定性进行评价。若加热处理后磁传感器的磁滞回线和加热处理前变化不大，则说明在外界高温影响下，自由层的性质没有发生明显变化，磁传感器的热稳定性良好。反之，若加热处理前、后磁传感器的磁滞回线变化较大，则说明自由层在较高外界温度的影响下其性能发生了变化，宏观表现为磁传感器的热稳定性变差。根据磁传感器主要应用场景极限温度要求和对应传感器等产品的一般行业及国家标准要求，磁传感器的高温稳定性一般达到140～150℃即可。

将实施例1和对比例1-2的磁传感器进行热稳定性测试，先对未加热的实施例1和对比例1-2的磁传感器进行磁学性能测试，得到的磁滞回线图分别如图2和图4所示。然后将实施例1和对比例1-2的磁传感器用热板进行加热处理，将磁传感器置于200℃热板中热处理10分钟，再次进行磁学性能测试，得到的磁滞回线图分别如图3和图5所示。从图2和图4可以看出，加热前实施1和对比例1-2的磁传感器的磁滞回线基本重合，说明磁性隧道结对外界磁场的感应性能接近。而从图3和图5可以看出，加热后实施例1和对比例1-2的磁传感器的磁滞回线差异较大，再进一步对比图2和图3以及图4和图5发现，加热后对比例1-2的磁滞回线与加热前对比例1-2的磁滞回线相比出现了较大偏移，表明磁性隧道结的热稳定性出现了降低；而实施例1的磁滞回线加热前后无明显变化，表明加热前后其自由层性质无明显衰减，热稳定性良好。

对实施例1和实施例2的磁传感器进行磁性测试，测得实施例1、2的磁传感器的饱和场分别为60Oe、170Oe。说明第一子自由层的厚度不同会对磁传感器的磁性产生影响。

对实施例1、3、4、5、6的磁传感器进行磁性测试，测得实施例1、3、4、5、6的磁传感器的线性范围分别为±40Oe、±400Oe、±280Oe、±110Oe、±70Oe，说明第二子自由层厚度的变化能够对磁传感器的线性范围进行调整。

本发明的磁传感器可作为位置传感器、角度传感器、磁开关、电流传感器等，用于电子设备中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。

Claims (10)

1.一种磁传感器，其特征在于，包括磁性隧道结，

所述磁性隧道结包括底钉扎层、被钉扎层、势垒层、自由层、顶钉扎层及复合稳定层；

所述复合稳定层包括至少两个稳定铁磁层以及设置于相邻的所述稳定铁磁层之间的非磁隔离层；

所述底钉扎层与所述被钉扎层之间形成有平行于所述底钉扎层的第一钉扎场，所述复合稳定层与所述顶钉扎层之间形成有平行于所述底钉扎层的第二钉扎场，所述第一钉扎场和所述第二钉扎场的方向正交、成锐角或成钝角。

2.如权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，所述磁性隧道结包括多个，多个所述磁性隧道结形成惠斯通电桥结构。

3.如权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，所述稳定铁磁层的材质为NiFe、CoFe、Fe、Co、Ni中的至少一种；所述非磁隔离层的材质为Ru或Ta。

4.如权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，所述稳定铁磁层的厚度为1.5～3nm；和/或，所述非磁隔离层的厚度为0.6～0.9nm。

5.如权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，所述顶钉扎层的材质为IrMn，厚度为10～25nm；和/或，所述底钉扎层的材质为IrMn或PtMn，厚度为10～25nm。

6.如权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，所述自由层包括依次设置于所述势垒层上方的第二子自由层、第二非磁间隔层以及第一子自由层；

所述第一子自由层的材质为NiFe、CoFe、CoFeSiB、NiFeSiB中的一种，厚度为5-60nm；

所述第二子自由层的材质为CoFeB，厚度为1.5-3nm；

所述第二非磁间隔层的材质为Ta或Ru，厚度为0.6-0.9nm。

7.如权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，位于所述底钉扎层背向所述被钉扎层的一侧设置有底电极层，所述底电极层包括多个Ta层以及设置于相邻的所述Ta层之间的Cu层或CuN层。

8.一种磁传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

进行磁性隧道结的第一退火，所述磁性隧道结包括底钉扎层、被钉扎层、势垒层、自由层、顶钉扎层以及复合稳定层，其中，所述第一退火将所述底钉扎层与所述被钉扎层之间的第一钉扎场设置在第一磁化方向上；

进行所述磁性隧道结的第二退火，其中，所述第二退火将所述顶钉扎层与所述复合稳定层之间的第二钉扎场设置在第二磁化方向上；所述第一磁化方向与所述第二磁化方向正交、成锐角或成钝角。

9.如权利要求8所述的磁传感器的制备方法，其特征在于，所述第一退火的磁场大小为0.5-1T，退火温度为310-350℃；

所述第二退火的磁场大小为0.02-0.05T，退火温度为200-250℃；

所述第一退火和所述第二退火的磁场方向正交、成锐角或成钝角。

10.一种电子设备，其特征在于：包括如权利要求1至7任一项所述的磁传感器，所述磁传感器用作位置传感器、角度传感器、磁开关、电流传感器中的至少一种。

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