專利名稱：一種各向異性磁電阻坡莫合金薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁電阻薄膜的制備方法，特別是涉及各向異性磁電阻坡莫合金薄膜的制備。
背景技術(shù)：
各向異性磁電阻(Anisotropic Magnetoresistance，AMR)坡莫合金薄膜(Ni81Fe19)通常選用Ta作為Ni81Fe19薄膜的(111)織構(gòu)誘導(dǎo)層，亦即種子層，所以，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作相對(duì)容易、價(jià)廉、穩(wěn)定性好，在體積、質(zhì)量及成本上有很大優(yōu)勢(shì)，即使在發(fā)現(xiàn)了巨磁電阻(Giant Magnetoresistance，GMR)效應(yīng)并且其產(chǎn)品迅速開發(fā)的今天，用傳統(tǒng)AMR薄膜制做的磁傳感器等器件在市場(chǎng)上仍然占主流。目前，國(guó)際上在不斷地挖掘AMR薄膜的潛力，提高其磁場(chǎng)靈敏度、降低噪音等，以擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域。為了達(dá)到這個(gè)目的，AMR坡莫合金薄膜必須沉積的更薄，矯頑力更小，且AMR值盡可能大。中國(guó)發(fā)明專利ZL 02 1 03673.X中提出的“一種冷陰極濺射制備薄膜的方法及裝置”，雖然可以制備出性能良好的較薄坡莫合金薄膜，然而該方法需要鍍膜設(shè)備本底真空為2×10-7～8×10-7Pa的超高真空，這在工業(yè)生產(chǎn)中是很難達(dá)到的，即使達(dá)到，代價(jià)也很高。《科學(xué)通報(bào)》，48，418(2003)中“(Ni0.81Fe0.19)1-xCrx緩沖層上生長(zhǎng)高各向異性磁電阻Ni0.81Fe0.19薄膜的研究”也曾提出用NiFeCr代替Ta作為Ni81Fe19薄膜的(111)織構(gòu)誘導(dǎo)層，采用這種方法的確可以使AMR值明顯提高。然而，我們利用以上兩種方法制備的坡莫合金薄膜制作成磁傳感元件時(shí)，發(fā)現(xiàn)坡莫合金薄膜的綜合性能，如低矯頑力、低晶體各向異性、大的磁化強(qiáng)度和低磁致伸縮等并不是最好。按照M.A.Akhter，et.al，J.Appl.Phys.，81，4122(1997)中指出的，Ni81Fe19薄膜應(yīng)該有低矯頑力、低晶體各向異性、大的磁化強(qiáng)度和低磁致伸縮等特性，但從以上兩種方法得到的坡莫合金薄膜成分的化學(xué)分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，利用Ni81Fe19合金靶沉積的薄膜成分其實(shí)并不是81Ni:19Fe。這可能是由于存在擇優(yōu)濺射，Ni原子與Fe原子的沉積速率并不一樣造成的。因此而影響了Ni原子與Fe原子比，不能保證獲得良好的綜合性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出通過選取不同成分的NixFe1-x合金靶，以及濺射前通入一定時(shí)間的氬氣，控制薄膜雜質(zhì)含量小于0.1％，制備出具有準(zhǔn)確成分的Ni81Fe19薄膜，在進(jìn)一步降低薄膜制備難度的同時(shí)，仍能保證薄膜很薄時(shí)具有較高的各向異性磁電阻值和低矯頑力、低晶體各向異性、大的磁化強(qiáng)度和低磁致伸縮等綜合性能，以滿足磁傳感器的性能和產(chǎn)品需求。
本發(fā)明的實(shí)施方案是，選取不同成分的NixFe1-x合金靶，x為78～85；采用磁控濺射方法，在濺射前通入鍍膜室99.99％純度氬氣0.5～1小時(shí)，維持在氣壓0.1～0.5Pa；化學(xué)分析確定最終沉積薄膜成分為81Ni:19Fe，并且控制薄膜雜質(zhì)含量小于0.1％。
具體制備過程是在磁控濺射儀中進(jìn)行，在清洗干凈的玻璃基片或單晶硅基片上依次沉積1.0～12.0nm Ta、10.0～200.0nmNiyFe1-y和5.0～9.0nm Ta，其中Ta層作為種子層和防氧化保護(hù)層；濺射室本底真空度為1×10-5～6×10-5Pa，濺射前通入鍍膜室99.99％純度氬氣0.5～1小時(shí)，維持在氣壓0.1～0.5Pa；濺射時(shí)99.99％純度的高純氬氣氣壓為0.4～2.7Pa，濺射沉積速率為0.03～0.33nm/分鐘；基片用循環(huán)去離子水冷卻，平行于基片平面方向加有150～300 Oe的磁場(chǎng)，以誘發(fā)一個(gè)易磁化方向，并且基片始終以8～30轉(zhuǎn)/分鐘的速率旋轉(zhuǎn)；最后，通過對(duì)沉積厚度范圍內(nèi)的NiyFe1-y化學(xué)分析，找出薄膜成分符合81Ni:19Fe、并且薄膜雜質(zhì)含量小于0.1％的情況下所對(duì)應(yīng)的NixFe1-x合金靶，利用這個(gè)選出的坡莫合金靶來沉積Ni81Fe19薄膜。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明由于得到了真正成分的Ni81Fe19薄膜，這就使得在薄膜很薄時(shí)，如薄膜為20nmNi81Fe19，具有較高的各向異性磁電阻值，可以達(dá)到2.55％。另外，由于濺射前通入鍍膜室99.99％純度氬氣0.5～1小時(shí)、并維持在氣壓0.1～0.5Pa，這就有可能使得沉積室壁殘留雜質(zhì)氣體很少，所以薄膜的各向異性磁電阻AMR值就比沒有采取這種工藝的薄膜AMR值得到了提高，例如薄膜為20nmNi81Fe19時(shí)，AMR值從2.20％提高到2.55％，在沒有把鍍膜室真空抽到2×10-7～8×10-7Pa的超高真空條件下，仍能制備出各向異性磁電阻AMR值與之相當(dāng)?shù)妮^薄薄膜。


圖1中(a)、(b)曲線分別是濺射前通入鍍膜室99.99％純度氬氣和沒有通氬氣時(shí)Ni81Fe19(znm)薄膜的AMR值隨其厚度z變化的曲線。樣品結(jié)構(gòu)為6nm Ta/znmNi81Fe19/9nm Ta。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施例方式在磁控濺射儀中制備各向異性坡莫合金Ni81Fe19薄膜。首先將玻璃基片用有機(jī)化學(xué)溶劑和去離子水超聲清洗，然后裝入濺射室樣品基座上。基片用循環(huán)去離子水冷卻，平行于基片方向加有250 Oe的磁場(chǎng)，并且基片始終以18轉(zhuǎn)/分鐘的速率旋轉(zhuǎn)，濺射沉積速率為0.17nm/分鐘。濺射室本底真空4×10-5Pa，濺射前通入鍍膜室99.99％純度氬氣0.5小時(shí)，維持在氣壓0.3Pa。在濺射時(shí)99.99％純度的高純氬氣氣壓為0.4Pa的條件下依次沉積6nm厚度的Ta/50.0nm厚度的NiyFe1-y。通過對(duì)50.0nmNiyFe1-y化學(xué)分析，找出薄膜成分符合81Ni:19Fe、并且薄膜雜質(zhì)含量小于0.1％的情況下所對(duì)應(yīng)的NixFe1-x合金靶。利用這個(gè)選出的坡莫合金靶來沉積Ni81Fe19薄膜。從圖1 Ta做為種子層的Ni81Fe19(znm)薄膜AMR值隨其厚度z變化的曲線中可以看出濺射前通入鍍膜室99.99％純度氬氣比沒有通氬氣的AMR值要高。
權(quán)利要求
1.一種各向異性磁電阻坡莫合金薄膜的制備方法，采用磁控濺射方法，濺射室本底真空度為1×10-5～6×10-5Pa，在清洗干凈的玻璃基片或單晶硅基片上依次沉積1.0～12.0nmTa、10.0～200.0nmNiyFe1-y和5.0～9.0nmTa，其特征在于，選取不同成分的NixFe1-x合金靶；濺射前通入鍍膜室99.99％純度氬氣0.5～1小時(shí)，維持在氣壓0.1～0.5Pa；通過對(duì)NiyFe1-y化學(xué)分析，找出薄膜成分符合81Ni∶19Fe、并且薄膜雜質(zhì)含量小于0.1％的情況下所對(duì)應(yīng)的NixFe1-x合金靶，利用這個(gè)選出的坡莫合金靶來沉積Ni81Fe19薄膜。
2.如權(quán)利要求1所述的一種各向異性磁電阻坡莫合金薄膜的制備方法，其特征在于，NixFe1-x合金靶的x取值為78～85。
全文摘要
一種各向異性磁電阻坡莫合金薄膜的制備方法，涉及磁電阻薄膜的制備方法，特別是涉及各向異性磁電阻坡莫合金薄膜的制備。本方法是采用磁控濺射方法，通過選取不同成分的Ni
文檔編號(hào)H01L43/00GK1632965SQ20041000980
公開日2005年6月29日 申請(qǐng)日期2004年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月16日
發(fā)明者于廣華, 滕蛟, 朱逢吾, 張輝, 王立錦 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)