RU2767593C1 - Method for manufacturing magnetoresistive nanostructures - Google Patents

Method for manufacturing magnetoresistive nanostructures Download PDF

Info

Publication number
RU2767593C1
RU2767593C1 RU2021121481A RU2021121481A RU2767593C1 RU 2767593 C1 RU2767593 C1 RU 2767593C1 RU 2021121481 A RU2021121481 A RU 2021121481A RU 2021121481 A RU2021121481 A RU 2021121481A RU 2767593 C1 RU2767593 C1 RU 2767593C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
layer
alloy
magnetoresistive
deposition
nanostructures
Prior art date
Application number
RU2021121481A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Викторович Горохов
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом")
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом"), Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом")
Priority to RU2021121481A priority Critical patent/RU2767593C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2767593C1 publication Critical patent/RU2767593C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00Galvanomagnetic devices
    • H10N50/10Magnetoresistive devices

Landscapes

  • Hall/Mr Elements (AREA)

Abstract

FIELD: magnets.
SUBSTANCE: invention relates to the field of manufacturing magnetoresistive nanostructures with a giant magnetoresistive effect, and can be used in developing magnetic field sensors, memory and logic elements. In the method for manufacturing magnetoresistive nanostructures, consisting in vacuum deposition of an antiferromagnetic layer, a magnetically hard layer of a NiFeCo alloy, a copper layer, and a magnetically soft layer of a NiFeCo alloy on a substrate of monocrystalline silicon coated with a protective layer of SiO2, the antiferromagnetic and the magnetically hard layers are produced in one production cycle of deposition of the NiFeCo alloy at a temperature of the substrate no lower than the temperature of oxidation of the alloy in air, and subsequent annealing of the layer in vacuum at a residual pressure (2 to 4)×10-6 mm. Hg at the same temperature for at least one hour, cooling to room temperature, and subsequent spraying of the copper layer and the magnetically soft layer made of the NiFeCo alloy, wherein the multilayer magnetoresistive nanostructure is deposited when a magnetic field of 160E or more is applied along the surface of the substrate.
EFFECT: increase in the manufacturability of magnetoresistive nanostructures resulting in a high value of the coercive force of the magnetically hard layer.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области изготовления магниторезистивных наноструктур, обладающих гигантским магниторезистивным эффектом (ГМР эффект), и может быть использовано при разработке датчиков магнитного поля, запоминающих и логических элементов.The invention relates to the manufacture of magnetoresistive nanostructures with a giant magnetoresistive effect (GMR effect), and can be used in the development of magnetic field sensors, memory and logic elements.

Известны различные магниторезистивные наноструктуры на основе тонких магнитных пленок типа магнитожесткий (с большой коэрцитивной силой) ферромагнитный, разделительный немагнитный и магнитомягкий (с малой коэрцитивной силой) ферромагнитный слой.There are various magnetoresistive nanostructures based on thin magnetic films such as magnetically hard (with high coercive force) ferromagnetic, separating non-magnetic and magnetically soft (with low coercive force) ferromagnetic layer.

В изобретении (патент РФ №2139602, H01L 43/08. Магниторезистивный датчик. Опубликовано 10.10.1999, бюл. №28) и полезной модели (патент РФ №128764. МПК G11C 11/15. B82Y 25/00. Спин - вентильная магниторезистивная наноструктура. Опубликовано 28.05.2013, бюл. №15.) авторов Касаткина С.И. и др. в качестве магнитожесткого слоя применяют Со или сплав Fe(50%)Co(50%), разделительного - Cu и магнитомягкого сплав FeNi (пермаллой). Такие структуры обладают рядом недостатков, что препятствует их практическому использованию в виде датчиков магнитного поля, в частности, наличие гистерезиса на полевой зависимости магнитосопротивления и небольшая величина магниторезистивного эффекта, приводят к увеличению погрешности измерения магнитного поля.In the invention (RF patent No. 2139602, H01L 43/08. Magnetoresistive sensor. Published 10.10.1999, bull. No. 28) and utility model (RF patent No. 128764. IPC G11C 11/15. B82Y 25/00. Spin - valve magnetoresistive Nanostructure Published on May 28, 2013, bull. No. 15.) Authors Kasatkina S.I. and others use Co or Fe(50%)Co(50%) alloy as a hard magnetic layer, Cu and FeNi (permalloy) as a soft magnetic layer. Such structures have a number of disadvantages that prevent their practical use as magnetic field sensors, in particular, the presence of hysteresis in the field dependence of the magnetoresistance and a small value of the magnetoresistive effect lead to an increase in the magnetic field measurement error.

Известны спин - вентильные структуры с гигантским магниторезистивным эффектом (спиновые клапаны), которые в дополнение к вышеописанной структуре, содержат антиферромагнитный слой. В результате обменного взаимодействия антиферромагнитного и магнитожесткого слоев, происходит увеличение значения коэрцитивной силы магнитожесткого слоя, что обуславливает появление однонаправленной анизотропии,Known spin - valve structures with a giant magnetoresistive effect (spin valves), which in addition to the above structure, contain an antiferromagnetic layer. As a result of the exchange interaction of the antiferromagnetic and hard magnetic layers, the value of the coercive force of the hard magnetic layer increases, which causes the appearance of unidirectional anisotropy,

В кандидатской диссертации Наумовой Л.И. «Магнитная анизотропия, кристаллографическая текстура и гистерезисные свойства металлических наноструктур - спиновый клапан» (опубл. http://wwwl.imp.uran.ru) детально исследован процесс получения структур типа спиновый клапан с антиферромагнитными слоями на основе соединений редкоземельных металлов.In the Ph.D. thesis of Naumova L.I. "Magnetic anisotropy, crystallographic texture and hysteresis properties of metal nanostructures - spin valve" (publ. http://wwwl.imp.uran.ru) The process of obtaining structures of the spin valve type with antiferromagnetic layers based on compounds of rare earth metals was studied in detail.

Такие структуры обладают гигантским магниторезистивным эффектом (~8 - 10% и более), но их получение требует использования оборудования с большим количеством магнетронов и мишенями из разных, в том числе редкоземельных, металлов, что вызывает дополнительные сложности при производстве структуры.Such structures have a giant magnetoresistive effect (~8 - 10% or more), but their production requires the use of equipment with a large number of magnetrons and targets from different metals, including rare earth, which causes additional difficulties in the production of the structure.

Повышение значения коэрцитивной силы магнитожесткого слоя за счет структуры антиферромагнетик-ферромагнетик с однонаправленной анизотропией проводят в двух установках (напыление в одной и магнитный отжиг в другой), что также усложняет процесс изготовления магниторезистивных наноструктур. Кроме того, перенос образца из одной установки в другую, может отрицательно повлиять на интерфейс между закрепленным слоем и немагнитным и привести к образованию питтингов.The increase in the value of the coercive force of the hard magnetic layer due to the antiferromagnet-ferromagnet structure with unidirectional anisotropy is carried out in two setups (sputtering in one and magnetic annealing in the other), which also complicates the process of manufacturing magnetoresistive nanostructures. In addition, transferring a sample from one setup to another can adversely affect the interface between the fixed and non-magnetic layers and lead to the formation of pits.

Известна также, большая группа магниторезистивных наноструктур, у которых антиферромагнитный слой выполнен из окислов магнитных металлов или окислов магнитных сплавов (Coehorn R, Giant magnetoresistance and magnetig interactions in exchange-biased spin-valves // Handbook of magnetic materials. Amsterdam: Elsevier Science, 2003, p. 34. tab. 2.1). Здесь предпочтение отдается NiO за счет большей температуры блокировки, чем у других окислов. Той же причиной объясняется применение сплавов с большим содержанием Ni (50% и более).A large group of magnetoresistive nanostructures is also known, in which the antiferromagnetic layer is made of oxides of magnetic metals or oxides of magnetic alloys (Coehorn R, Giant magnetoresistance and magnetig interactions in exchange-biased spin-valves // Handbook of magnetic materials. Amsterdam: Elsevier Science, 2003 , p. 34. tab. 2.1). NiO is favored here due to its higher blocking temperature than other oxides. The same reason explains the use of alloys with a high content of Ni (50% or more).

Одна из таких структур, описанная в (Lin Т., Mauri D., Staud N., Hwang С., Howard J.K., Gorman G.L., 1994a. Appl. Phys. Lett. 65. 1183.), состоит из Ni(50%)Co(50%)O(30 нм) / Ру(3 нм) / Со(1,5 нм) / Cu(2,2 нм) / Со(1,5 нм) / Ру(6 нм), где Ру-пермаллой.One such structure, described in (Lin T., Mauri D., Staud N., Hwang C., Howard JK, Gorman GL, 1994a. Appl. Phys. Lett. 65. 1183.), consists of Ni (50% )Co(50%)O(30 nm) / Ru(3 nm) / Co(1.5 nm) / Cu(2.2 nm) / Co(1.5 nm) / Ru(6 nm), where Ru -permalloy.

Получение такой структуры значительно проще, чем при вышеописанных способах, однако требуется напыление не менее 6 слоев, входящих в структуру, а также напыление защитного и проводникового слоев для формирования контактных площадок.Obtaining such a structure is much simpler than with the methods described above, however, it requires deposition of at least 6 layers included in the structure, as well as deposition of protective and conductive layers to form contact pads.

Известны более простые структуры, у которых магнитожесткий и магнитомягкий слои выполнены из одного и того же материала, чаше всего это Со и NiFe и реже сплав NiFeCo. Так же в данной структуре может присутствовать и антиферромагнитный слой (FeMn). Примером такой структуры является Hf(5 нм) / Ni(66%)Fe(16%)Со(18%)(5 нм) / Cu(2 нм) Ni(66%)Fe(T6%)Co(18%)(X5 им) Fe(50%)Mn(50%)(5 нм) / Hf(5 нм) (Hoshino, K., Noguchi, S., Nakatani, R., Hoshiya, H.Sugita, Y., 1994, Jpn. J. Appl. Phys. 33, 1327), которая взята нами за прототип. Недостатком является сложность изготовления, обусловленная использованием большого количества используемых материалов, в том числе редкоземельных металлов.Simpler structures are known, in which the hard magnetic and soft magnetic layers are made of the same material, most often it is Co and NiFe, and less often the NiFeCo alloy. An antiferromagnetic layer (FeMn) can also be present in this structure. An example of such a structure is Hf(5nm) / Ni(66%)Fe(16%)Co(18%)(5nm) / Cu(2nm) Ni(66%)Fe(T6%)Co(18%) (X5 im) Fe(50%)Mn(50%)(5 nm) / Hf(5 nm) (Hoshino, K., Noguchi, S., Nakatani, R., Hoshiya, H. Sugita, Y., 1994 , Jpn. J. Appl. Phys. 33, 1327), which we have taken as a prototype. The disadvantage is the complexity of manufacturing, due to the use of a large number of materials used, including rare earth metals.

Задачей, поставленной и решаемой настоящим изобретением, является уменьшение количества технологических операций при получении данных наноструктур, использование меньшего количества материалов и формирования одноосной анизотропии за один цикл напыления без переноса образцов из одной установки в другую.The task posed and solved by the present invention is to reduce the number of technological operations in obtaining these nanostructures, the use of fewer materials and the formation of uniaxial anisotropy in one deposition cycle without transferring samples from one installation to another.

Техническим результатом предлагаемого способа является повышение технологичности изготовления магниторезистивных наноструктур с получением высокого значения коэрцитивной силы магнитожесткого слоя.The technical result of the proposed method is to improve the manufacturability of the manufacture of magnetoresistive nanostructures with obtaining a high value of the coercive force of the hard magnetic layer.

Технический результат достигается тем, что в способе получения магниторезистивных наноструктур заключающемся в вакуумном напылении на подложку из монокристаллического кремния с нанесенным на него защитным слоем SiO2 антиферромагнитного слоя, магнитожесткого слоя из сплава NiFeCo, медного слоя и магнитомягкого слоя из сплава NiFeCo, антиферромагнитный и магнитожесткий слои получают за один технологический цикл напыления сплава NiFeCo при температуре подложки не ниже, чем температура окисления сплава на воздухе, и последующем отжиге слоя в вакууме при остаточном давлении (2-4)×10-6 мм рт.ст. при той же температуре не менее одного часа, охлаждении до комнатной температуры и последующего напыления медного слоя и магнитомягкого слоя из сплава NiFeCo, при этом напыление многослойной магниторезистивной наноструктуры проводят при приложении вдоль поверхности подложки магнитного поля напряженностью 160Э и более.The technical result is achieved by the fact that in the method for producing magnetoresistive nanostructures, which consists in vacuum deposition on a substrate of single-crystal silicon with a protective layer of SiO 2 deposited on it, an antiferromagnetic layer, a magnetically hard layer from an NiFeCo alloy, a copper layer and a magnetically soft layer from an NiFeCo alloy, antiferromagnetic and magnetically hard layers obtained in one technological cycle of deposition of the NiFeCo alloy at a substrate temperature not lower than the temperature of the oxidation of the alloy in air, and subsequent annealing of the layer in vacuum at a residual pressure of (2-4)×10 -6 mm Hg. at the same temperature for at least one hour, cooling to room temperature and subsequent deposition of a copper layer and a magnetically soft layer of NiFeCo alloy, while deposition of a multilayer magnetoresistive nanostructure is carried out when a magnetic field of 160 Oe or more is applied along the surface of the substrate.

Кроме того, в качестве магнитного сплава NiFeCo предпочтительно применяют сплав с химическим составом Ni(65%)Fe(15%)Со(20%).In addition, as the NiFeCo magnetic alloy, an alloy with a chemical composition of Ni(65%)Fe(15%)Co(20%) is preferably used.

Предлагаемое техническое решение поясняют следующие фигуры: На фигуре 1 показана схема измерения магнитосопротивления тестового образца четырехконтактным методом, где: 1-2 - контактные площадки тестового образца для подачи постоянного тока; 3-4 - контактные площадки для измерения напряжения тестового образца; 5 - магниторезистивная полоска; 6 - вольтметр: 7 - источник постоянного тока.The proposed technical solution is illustrated by the following figures: Figure 1 shows a circuit for measuring the magnetoresistance of a test sample by the four-contact method, where: 1-2 - contact pads of the test sample for supplying direct current; 3-4 - pads for measuring the voltage of the test sample; 5 - magnetoresistive strip; 6 - voltmeter: 7 - direct current source.

На фигуре 2 показан график зависимости магнитосопротивления тестовых образцов спиновых клапанов от величины внешнего магнитного поля (полевая зависимость), где: 8 - полевая зависимость магнитосопротивления при увеличении магнитного поля от -125Э до +125Э. 9 - полевая зависимость магнитосопротивления при чменыиеннн магнитного поля от +125Э до -125Э: 10 - область зависимости магнитосопротивления от внешнего магнитного поля в увеличенном масштабе в которой наблюдается максимальная чувствительность.The figure 2 shows a graph of the dependence of the magnetoresistance of test samples of spin valves on the magnitude of the external magnetic field (field dependence), where: 8 - field dependence of the magnetoresistance with increasing magnetic field from -125Oe to +125Oe. 9 - field dependence of the magnetoresistance when changing the magnetic field from +125Oe to -125Oe: 10 - the area of dependence of the magnetoresistance on the external magnetic field on an enlarged scale in which the maximum sensitivity is observed.

Способ изготовления магниторезистивных наноструктур осуществляется следующим образом.The method of manufacturing magnetoresistive nanostructures is as follows.

На подложку из монокристаллического кремния с нанесенным на него защитным слоем SiO2, наносят антиферромагнитный и магнитожесткий слои за один технологический цикл напыления сплава NiFeCo, Температура подложки должна быть не ниже, чем температура окисления сплава (или одного из компонентов сплава) на воздухе. Затем проводят отжиг полученной тонкопленочной структуры в вакууме при остаточном давлении (2-4)×10-6 мм рт.ст. при той же температуре не менее одного часа. Далее подложка с нанесенным слоем NiFeCo охлаждается до комнатной температуры. Затем напыляют слой меди и магнитомягкий слой из сплава NiFeCo. Предпочтительнее применять сплав с химическим составом Ni(65%)Fe(15%)Co(20%). Напыление многослойной наноструктуры происходит при приложении вдоль поверхности подложки магнитного поля напряженностью 160Э и более.Antiferromagnetic and magnetically hard layers are deposited on a single-crystal silicon substrate with a SiO 2 protective layer deposited on it in one technological cycle of deposition of the NiFeCo alloy. The temperature of the substrate must not be lower than the oxidation temperature of the alloy (or one of the alloy components) in air. Then, the resulting thin-film structure is annealed in vacuum at a residual pressure of (2-4)×10 -6 mm Hg. at the same temperature for at least one hour. Next, the substrate with the deposited NiFeCo layer is cooled to room temperature. Then, a copper layer and a soft magnetic NiFeCo alloy layer are deposited. It is preferable to use an alloy with the chemical composition Ni(65%)Fe(15%)Co(20%). The deposition of a multilayer nanostructure occurs when a magnetic field of 160 Oe or more is applied along the surface of the substrate.

Сущность изобретения заключается в том, что найдены условия для магнитного превращения и получения одновременно в одном напыленном слое различных конфигураций магнитного состояния за один цикл откачки вакуумной камеры.The essence of the invention lies in the fact that the conditions for magnetic transformation and obtaining simultaneously in one deposited layer of various configurations of the magnetic state in one cycle of evacuation of the vacuum chamber are found.

Возможно, что в ранее приведенных условиях происходит получение ферромагнитного и ферримагнитного состояний магнитного слоя, что приводит к однонаправленной анизотропии (Большая энциклопедия нефти и газа. Однонаправленная анизотропия [Электронный ресурс] URL: http://www.ngpedia.ru/id50588pl/html). Получение ферромагнитного и антиферромагнитного состояний возможно происходит за счет окисления кобальта (или в связке с Fe), как имеющего более низкую температуру окисления на воздухе (>300°С). в то время как Fe и Ni окисляются при температуре >500°С (Бирон B.C., Дроздова Т.Н., Особенности окисления трехкомпонентных сплавов на основе системы железо-никель-кобальт. Журнал сибирского федерального университета. Техника и технология., 2009., №2., С. 139-150.) Окисление возможно в нанослоях за счет остаточной атмосферы в рабочей камере напылительной установки, когда основную роль играют поверхностные взаимодействия с внешней средой. Возможно, что оба этих процесса - магнитное превращение и окисление имеют место одновременно в одном и том же технологическом процессе напыления магнитного слоя.It is possible that under the previously given conditions, ferromagnetic and ferrimagnetic states of the magnetic layer are obtained, which leads to unidirectional anisotropy . Obtaining ferromagnetic and antiferromagnetic states probably occurs due to the oxidation of cobalt (or in conjunction with Fe), as having a lower oxidation temperature in air (>300°C). while Fe and Ni are oxidized at >500°C (Biron VS, Drozdova T.N., Features of the oxidation of ternary alloys based on the iron-nickel-cobalt system. Journal of the Siberian Federal University. Technique and technology., 2009., No. 2., S. 139-150.) Oxidation is possible in nanolayers due to the residual atmosphere in the working chamber of the sputtering installation, when the main role is played by surface interactions with the environment. It is possible that both of these processes - magnetic transformation and oxidation take place simultaneously in the same technological process of deposition of the magnetic layer.

Пример реализации способа.An example of the implementation of the method.

Эксперименты проводились на электронно-лучевой установке с использованием внешней магнитной системы, формирующей вдоль поверхности подложки магнитного поля с напряженностью более 160Э. Для изготовления образцов использовались пластины кремния марки 100-1А2ямед КДБ-80-(100)-470 с нанесенным слоем оксида кремния толщиной ~ 0,3 мкм. Для напыления был выбран тройной сплав Ni(65%)Fe(15%)Со(20%). Напыление структуры Ni(65%)Fe(15%)Со(20%) Cu / Ni(65%)Fe(15%)Со(20%) проводилось в следующем режиме:The experiments were carried out on an electron-beam setup using an external magnetic system that forms a magnetic field along the surface of the substrate with a strength of more than 160 Oe. Silicon wafers of grade 100-1A2yamed KDB-80-(100)-470 with a deposited layer of silicon oxide ~0.3 µm thick were used to manufacture the samples. The ternary alloy Ni(65%)Fe(15%)Co(20%) was chosen for sputtering. The deposition of the Ni(65%)Fe(15%)Co(20%) Cu / Ni(65%)Fe(15%)Co(20%) structure was carried out in the following mode:

- материал магнитных слоев Ni(65%)Fe(15%)Со(20%);- material of magnetic layers Ni(65%)Fe(15%)Co(20%);

- скорость напыления сплава - (3 - 5) нм/сек;- alloy deposition rate - (3 - 5) nm/s;

- температура напыления Ni(65%)Fe(15%)Со(20%) - (320 - 350)°С;- deposition temperature Ni(65%)Fe(15%)Co(20%) - (320 - 350)°С;

- отжиг - 1 час при температуре - (320 - 350)°С и при остаточном давлении (2-4)×10-6 мм рт.ст.- annealing - 1 hour at a temperature of - (320 - 350) ° C and at a residual pressure of (2-4) × 10 -6 mm Hg.

- температура напыления слоя Cu и магнитомягкого слоя - комнатная;- deposition temperature of the Cu layer and soft magnetic layer - room temperature;

- скорость напыления Cu - (1 - 2) нм/сек;- Cu deposition rate - (1 - 2) nm/s;

- толщина Cu - (3 - 5) нм;- Cu thickness - (3 - 5) nm;

- скорость напыления магнитомягкого слоя - (3 - 5) нм/сек;- deposition rate of the soft magnetic layer - (3 - 5) nm/s;

- толщина магнитомягкого слоя Ni(65%)Fe(15%)Co(20%) - (5 - 7) нм.- thickness of the soft magnetic layer Ni(65%)Fe(15%)Co(20%) - (5 - 7) nm.

Толщина слоев определялась на поперечном шлифе на электронном микроскопе. Скорость рассчитывалась по времени напыления полученной толщины.The thickness of the layers was determined on a transverse section using an electron microscope. The rate was calculated from the deposition time of the obtained thickness.

По общепринятой практике в качестве защитного слоя использовался слой тантала, а проводники напылялись из алюминия.According to common practice, a tantalum layer was used as a protective layer, and the conductors were sputtered from aluminum.

Тестовые образцы (магниторезнстивная полоска с контактными площадками) изготавливались метолом фотолитографии.Test samples (magnetoresistive strip with contact pads) were fabricated using the photolithography method.

По приведенному режиму были напылены наноструктуры, из которых были изготовлены тестовые образцы, с последующим измерением их полевой зависимости магнитосопротивления. Образцы представляли полоски шириной 100 мкм и длиной 5 мм, на которых определялось сопротивление стандартным четырехконтактным методом, схема измерения приведена на фиг.1. Тестовый образец устанавливался на контактное приспособление, а зонды контактного приспособления устанавливались на контактные площадки. Контактное приспособление с тестовым образцом помешался в соленоид, формирующий нормированное магнитное поле, таким образом, что силовые линии магнитного поля параллельны току, протекающему в магниторезистивной полоске 5.According to the given mode, nanostructures were deposited, from which test samples were made, with subsequent measurement of their field dependence of magnetoresistance. The samples were strips 100 μm wide and 5 mm long, on which the resistance was determined by the standard four-contact method, the measurement scheme is shown in Fig.1. The test sample was mounted on the contact fixture, and the probes of the contact fixture were installed on the pads. The contact device with the test sample was placed in a solenoid that formed a normalized magnetic field in such a way that the magnetic field lines were parallel to the current flowing in the magnetoresistive strip 5.

На контакты 1-2 подавался постоянный ток с источника тока 7, а с контактов 3-4 снималось падения напряжения вольтметром 8.Contacts 1-2 were supplied with direct current from current source 7, and voltage drops were taken from contacts 3-4 with voltmeter 8.

Полевая зависимость магнитосопротивления полоски 5, вычисленного по показаниям вольтметра 8, в диапазоне магнитных полей от - 125 Э до +125 Э приведена на фиг. 2.The field dependence of the magnetoresistance of the strip 5, calculated from the readings of the voltmeter 8, in the range of magnetic fields from -125 Oe to +125 Oe is shown in Fig. 2.

По результатам измерения магнитосопротивления было определено:According to the results of measuring the magnetoresistance, it was determined:

- поле смещения (5Э):- displacement field (5E):

-линейный диапазон изменения магнитного поля от 5 до 12Э;- linear range of magnetic field change from 5 to 12 Oe;

- чувствительность на линейном диапазоне 0,14%/Э.- sensitivity in the linear range of 0.14%/E.

При включении данной наноструктуры в качестве чувствительного элемента в мост Уитстона, чувствительность преобразователя составила: 3,4 мВ/ВЭ - при использовании одного плеча моста Уитстона, и 6,8 мВВЭ - при использовании двух противоположных плеч. Данные значения позволяют использовать такие наноструктуры для изготовления датчиков магнитного поля, используемых в навигационных системах.When this nanostructure is included as a sensitive element in the Wheatstone bridge, the sensitivity of the transducer was: 3.4 mV/VE - when using one arm of the Wheatstone bridge, and 6.8 mVVE - when using two opposite arms. These values allow the use of such nanostructures for the manufacture of magnetic field sensors used in navigation systems.

Таким образом, в предлагаемом решении для создания всей магниторезистивной структуры использовалось четыре материала, для напыления электронно-лучевым источником (или четыре мишени, в случае магнетронного распыления).Thus, in the proposed solution, four materials were used to create the entire magnetoresistive structure, for deposition by an electron beam source (or four targets, in the case of magnetron sputtering).

Claims (2)

1. Способ изготовления магниторезистивных наноструктур, заключающийся в вакуумном напылении на подложку из монокристаллического кремния с нанесенными на него защитным слоем SiO2 антиферромагнитного слоя, магнитожесткого слоя из сплава NiFeCo, медного слоя и магнитомягкого слоя из сплава NiFeCo, отличающийся тем, что антиферромагнитный и магнитожесткий слои получают за один технологический цикл напыления сплава NiFeCo при температуре подложки не ниже, чем температура окисления сплава на воздухе, и последующем отжиге слоя в вакууме при остаточном давлении (2-4)×10-6 мм рт.ст. при той же температуре не менее одного часа, охлаждении до комнатной температуры и последующем напылении медного слоя и магнитомягкого слоя из сплава NiFeCo, при этом напыление многослойной магниторезистивной наноструктуры проводят при приложении вдоль поверхности подложки магнитного поля напряженностью 160Э и более.1. A method of manufacturing magnetoresistive nanostructures, which consists in vacuum deposition on a substrate of single-crystal silicon with a protective SiO 2 layer deposited on it of an antiferromagnetic layer, a magnetically hard layer from an NiFeCo alloy, a copper layer and a magnetically soft layer from an NiFeCo alloy, characterized in that the antiferromagnetic and magnetically hard layers obtained in one technological cycle of deposition of the NiFeCo alloy at a substrate temperature not lower than the temperature of the oxidation of the alloy in air, and subsequent annealing of the layer in vacuum at a residual pressure of (2-4)×10 -6 mm Hg. at the same temperature for at least one hour, cooling to room temperature and subsequent deposition of a copper layer and a magnetically soft layer of NiFeCo alloy, while deposition of a multilayer magnetoresistive nanostructure is carried out when a magnetic field of 160 Oe or more is applied along the surface of the substrate. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве магнитного сплава NiFeCo предпочтительно применяют сплав с химическим составом Ni(65%)Fe(15%)Co(20%).2. The method according to claim 1, characterized in that as the NiFeCo magnetic alloy, an alloy with a chemical composition of Ni(65%)Fe(15%)Co(20%) is preferably used.
RU2021121481A 2021-07-19 2021-07-19 Method for manufacturing magnetoresistive nanostructures RU2767593C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021121481A RU2767593C1 (en) 2021-07-19 2021-07-19 Method for manufacturing magnetoresistive nanostructures

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021121481A RU2767593C1 (en) 2021-07-19 2021-07-19 Method for manufacturing magnetoresistive nanostructures

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2767593C1 true RU2767593C1 (en) 2022-03-17

Family

ID=80737343

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021121481A RU2767593C1 (en) 2021-07-19 2021-07-19 Method for manufacturing magnetoresistive nanostructures

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2767593C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09119968A (en) * 1995-10-25 1997-05-06 Nec Corp Magnetoresistance sensor and its manufacturing method
FR2904724A1 (en) * 2006-08-03 2008-02-08 Commissariat Energie Atomique MAGNETIC DEVICE IN THIN LAYERS WITH HIGH PERPENDICULAR SPIN POLARIZATION IN THE LAYER PLAN, MAGNETIC TUNNEL JUNCTION AND SPIN VALVE USING SUCH A DEVICE
RU2008142306A (en) * 2008-10-27 2010-05-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский физико-технический институт (государст MULTILAYER MAGNETIC RESISTANT COMPOSITE NANOSTRUCTURE
RU2536317C1 (en) * 2013-04-19 2014-12-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Method to manufacture magnetoresistive sensor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09119968A (en) * 1995-10-25 1997-05-06 Nec Corp Magnetoresistance sensor and its manufacturing method
FR2904724A1 (en) * 2006-08-03 2008-02-08 Commissariat Energie Atomique MAGNETIC DEVICE IN THIN LAYERS WITH HIGH PERPENDICULAR SPIN POLARIZATION IN THE LAYER PLAN, MAGNETIC TUNNEL JUNCTION AND SPIN VALVE USING SUCH A DEVICE
RU2008142306A (en) * 2008-10-27 2010-05-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский физико-технический институт (государст MULTILAYER MAGNETIC RESISTANT COMPOSITE NANOSTRUCTURE
RU2536317C1 (en) * 2013-04-19 2014-12-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Method to manufacture magnetoresistive sensor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0681338B1 (en) Magnetoresistance effect device and magnetoresistance effect type head, memory device, and amplifying device using the same
US6013365A (en) Multi-layer structure and sensor and manufacturing process
KR100697123B1 (en) Magnetic sensor and manufacturing method therefor
US20140125332A1 (en) Magnetostrictive layer system
Flokstra et al. Magnetic coupling in superconducting spin valves with strong ferromagnets
KR100773544B1 (en) Magnetoresistance device comprising diffusion barrier layer
US9304176B2 (en) Thin-film magnetic sensor including a GMR film and method for manufacturing the same
RU2767593C1 (en) Method for manufacturing magnetoresistive nanostructures
US11163023B2 (en) Magnetic device
US11328743B2 (en) Current-perpendicular-to-plane giant magnetoresistive element, precursor thereof, and manufacturing method thereof
CN109786545B (en) Magnetoresistive element, method for manufacturing the same, and magnetic sensor
JP2000500292A (en) Magnetic field sensor and method of manufacturing magnetic field sensor
KR100533648B1 (en) GROWING METHOD FOR Bi THIN FILM AND Bi BASED DEVICE
Schmalhorst et al. Magnetotransport and microstructure of annealed magnetic tunnel junctions
Käufler et al. Tunnel-magnetoresistance system with an amorphous detection layer
KR100733782B1 (en) Manufacturing method for Giant magneto-resistance device using CoFeZr
US5591532A (en) Giant magnetoresistance single film alloys
JPH1091921A (en) Dual spin bulb-type thin film magnetic head
Kisała et al. TECHNOLOGY AND MEASUREMENTS OF MAGNETORESISTANCE IN THIN-LAYERED FERROMAGNETIC STRUCTURES
Kitade et al. Giant magnetoresistance effect in CoNiFe/Cu spin valves
KR100709757B1 (en) Manufacturing Method for Tunneling magneto-resistance device using CoFeZr
Sanders et al. Size effects and giant magnetoresistance in unannealed NiFe/Ag multilayer stripes
US11250979B2 (en) Permanent magnet comprising an antiferromagnetic layer and a ferromagnetic layer
KR100462792B1 (en) The fabrication method of magnetic sensor using exchange-biased spin valves
KR100479445B1 (en) The fabrication method of the full bridge type magnetic sensor using exchange biased spin valves