專利名稱：包含擴(kuò)散阻擋層的各向異性磁電阻材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁電阻材料，具體涉及基于NiFe磁性層的各向異性磁電阻材料。
背景技術(shù)：
各向異性磁電阻(AMR)是指其中電流與磁化強(qiáng)度相對(duì)取向改變而導(dǎo)致鐵磁金屬 電阻率發(fā)生變化。由于AMR薄膜具有高的磁場(chǎng)靈敏度，因此被廣泛應(yīng)用于制作各種磁場(chǎng)傳 感器。在各種AMR薄膜材料中，NiFe(其中Ni，F(xiàn)e重量比為80+S : 20-S ， | S |《10)具
有較大的磁電阻值，較低的磁晶各向異性能和矯頑力，較小的磁致伸縮效應(yīng)等，因此成為綜 合性能最佳并且應(yīng)用最廣泛的AMR材料。 一般來(lái)說(shuō)，對(duì)制備態(tài)的AMR薄膜進(jìn)行高溫退火有 利于減小膜內(nèi)應(yīng)力，促使晶粒長(zhǎng)大，改善結(jié)構(gòu)的完整性，從而提高AMR值。但是AMR材料最 常用的緩沖層及保護(hù)層材料Ta經(jīng)過(guò)高溫退火以后和NiFe發(fā)生相互擴(kuò)散，將嚴(yán)重破壞磁性 層的AMR性能。 現(xiàn)有技術(shù)中，還有人利用NiFeCr合金作為緩沖層來(lái)避免擴(kuò)散，利用NiFeCr合金來(lái) 作為緩沖層一般采用合金靶或復(fù)合靶兩種方式進(jìn)行加工，但無(wú)論利用哪種方式，其工藝均 相對(duì)復(fù)雜，不利于實(shí)際操作。而且，利用NiFeCr合金作為緩沖層所得的磁電阻材料矯頑力 較大，這對(duì)其具體應(yīng)用產(chǎn)生了很大的限制。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)以上不足，本發(fā)明提供了一種新的AMR薄膜材料。本發(fā)明所提供的材料在傳 統(tǒng)的AMR材料Ta/NiFe/Ta基礎(chǔ)上，在Ta和NiFe之間添加一定厚度的Pt作為擴(kuò)散阻擋層， 通過(guò)插入擴(kuò)散阻擋層，有效抑制了高溫退火時(shí)Ta和NiFe層之間的相互擴(kuò)散。而且本發(fā)明采 用Pt作為擴(kuò)散阻擋層，從而避免使用復(fù)雜的緩沖層材料，工藝簡(jiǎn)單，具有極好的熱穩(wěn)定性， 非常適合于實(shí)際操作。并且，本發(fā)明所提供的各向異性磁電阻薄膜材料矯頑力小。這一材 料可應(yīng)用于磁場(chǎng)傳感器系統(tǒng)中。 本發(fā)明提供一種各向異性磁電阻材料，包括一基片和基片上依次設(shè)置的 緩沖層； 第一擴(kuò)散阻擋層； 磁性層； 第二擴(kuò)散阻擋層； 保護(hù)層； 其中，所述第一擴(kuò)散阻擋層用于阻止所述緩沖層的材料與所述磁性層的材料之間 相互擴(kuò)散，所述第二擴(kuò)散阻擋層用于阻止所述保護(hù)層的材料與所述磁性層的材料之間的相 互擴(kuò)散。 上述的各向異性磁電阻材料，其中，所述第一擴(kuò)散阻擋層、第二擴(kuò)散阻擋層的材料 為Pt。 上述的各向異性磁電阻材料，其中，所述第一擴(kuò)散阻擋層的厚度在1.0-2.5nm之
3間。 上述的各向異性磁電阻材料，其中，所述第二擴(kuò)散阻擋層的厚度在1.0-2.5nm之間。 上述的各向異性磁電阻材料，其中，所述第一擴(kuò)散阻擋層、第二擴(kuò)散阻擋層的厚度 為1. 2nm。 上述的各向異性磁電阻材料，其中，所述磁性層的材料為NiFe合金，其中Ni，F(xiàn)e重 量比為80+S : 20-S ， | S |《10。 上述的各向異性磁電阻材料，其中，磁性層厚度在5-40nm之間。 上述的各向異性磁電阻材料，其中，所述基片材料選自熱氧化的硅或玻璃的一種。 上述的各向異性磁電阻材料，其中，緩沖層及保護(hù)層材料為Ta。 另外，本發(fā)明還提供一種制備各向異性磁電阻的方法，包括用磁控濺射方法在熱
氧化的硅基片上依次鍍上緩沖層、第一 Pt擴(kuò)散阻擋層、磁性層、第二 Pt擴(kuò)散阻擋層和保護(hù)
層6，其中所述第一 Pt擴(kuò)散阻擋層、第二 Pt擴(kuò)散阻擋層的厚度在1. 0-2. 5nm之間。


圖1是本發(fā)明的磁電阻材料一個(gè)實(shí)例的樣品結(jié)構(gòu)示意圖
圖2是圖1所示實(shí)例中的樣品在制備態(tài)下，以及退火以后的磁電阻曲線。
圖3是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)例的樣品在制備態(tài)下，以及退火以后的磁電阻曲線。
圖4是本發(fā)明又一個(gè)實(shí)例的樣品在制備態(tài)下，以及退火以后的磁電阻曲線。
具體實(shí)施例方式
圖1中所示為本發(fā)明的磁電阻材料的一個(gè)優(yōu)選實(shí)例。如圖所示，本例中的磁電阻 材料包括順序設(shè)置的熱氧化的硅基片1、Ta緩沖層2、第一 Pt擴(kuò)散阻擋層3、Ni81Fe19磁性層 4、第二 Pt擴(kuò)散阻擋層5和Ta保護(hù)層6。本例中，Ta緩沖層2的厚度約為4nm，第一 Pt擴(kuò)散 阻擋層3的厚度約為1. 2nm，磁性層4的厚度約為15nm，第二 Pt擴(kuò)散阻擋層5的厚度約為 1. 2nm，保護(hù)層6的厚度約為4nm。本發(fā)明中，Ni， Fe重量比為80+S : 20-S ， | S |《10。
本發(fā)明的磁電阻材料的制備方法為用磁控濺射方法在熱氧化的硅基片上依次鍍 上Ta (4nm) 、 Pt (1. 2nm) 、 Ni81Fe19 (15nm) 、 Pt (1. 2nm) 、 Ta (4nm)，以上各層分別對(duì)應(yīng)于前述的 Ta緩沖層2、第一 Pt擴(kuò)散阻擋層3、Ni81Fe19磁性層4、第二 Pt擴(kuò)散阻擋層5和Ta保護(hù)層6。
通常情況下，需要對(duì)上述材料在制備態(tài)下進(jìn)行高溫退火，而進(jìn)行高溫退火時(shí)容易 導(dǎo)致Ta層和Ni81Fe19層之間的相互擴(kuò)散，而本發(fā)明加入的Pt層可以有效地阻擋Ta和NiFe 之間的相互擴(kuò)散。下面將結(jié)合圖3中所測(cè)得的實(shí)驗(yàn)曲線來(lái)詳細(xì)說(shuō)明。 圖2中的(a)和(b)分別是圖1中所示實(shí)例的磁電阻材料在制備態(tài)下以及經(jīng)過(guò) 35(TC，2小時(shí)真空退火以后，用四端法測(cè)得的磁電阻曲線，其中退火后AMR值為3. 3%，而制 備態(tài)下的AMR值為3. 2%，兩者相比幾乎沒有改變。同時(shí)磁性測(cè)量表明，退火以后樣品的磁 矩沒有損耗。 雖然，上面的優(yōu)選實(shí)例中采用的第一和第二擴(kuò)散阻擋層的厚度為1.2nm，但是所 述第一和第二擴(kuò)散阻擋層的厚度還可以是1. 0-2. 5nm之間的任意值，下面結(jié)合實(shí)例具體說(shuō) 明。
實(shí)例2 本實(shí)例采用與實(shí)例1中相同的結(jié)構(gòu)，只是將實(shí)例1中的第一和第二擴(kuò)散阻擋層(Pt 層)的厚度改為1. 0nm。圖3中的(a)和(b)分別是在制備態(tài)下以及經(jīng)過(guò)350°C，2小時(shí)真 空退火以后，用四端法測(cè)得的磁電阻曲線，退火后AMR值為3.2X，而制備態(tài)下的AMR值為 3. 1%，兩者相比幾乎沒有改變。
實(shí)例3 本實(shí)例采用與實(shí)例1中相同的結(jié)構(gòu)，只是將實(shí)例1中的第一和第二擴(kuò)散阻擋層(Pt 層)的厚度改為2. 0nm。圖4中的(a)和(b)分別是在制備態(tài)下以及經(jīng)過(guò)350°C，2小時(shí)真 空退火以后，用四端法測(cè)得的磁電阻曲線，退火前后AMR值都是3. 1%，在所測(cè)精確度范圍 內(nèi)可以認(rèn)為沒有改變。 同時(shí)磁性測(cè)量表明，以上三個(gè)實(shí)例中的樣品退火以后磁矩沒有損耗。而相同的樣 品如果沒有添加Pt層，經(jīng)過(guò)同樣的條件退火，AMR值由退火前的2.5X下降到1.7%，磁矩 損耗7. 9% ，說(shuō)明Ta和NiFe之間已發(fā)生嚴(yán)重?cái)U(kuò)散。 這說(shuō)明在加入Pt擴(kuò)散阻擋層后，Ta和NiFe之間的擴(kuò)散被有效抑制，而且本發(fā)明采 用Pt作為擴(kuò)散阻擋層，從而避免使用復(fù)雜的緩沖層材料，工藝簡(jiǎn)單，具有極好的熱穩(wěn)定性， 非常適合于實(shí)際操作。 并且需要注意的是，通過(guò)對(duì)磁滯回線的測(cè)量，可以發(fā)現(xiàn)加入Pt擴(kuò)散阻擋層以后， 磁電阻材料的矯頑力幾乎不受影響。這是現(xiàn)有的采用NiFeCr合金作為緩沖層的磁電阻材 料無(wú)法比擬的。并且本發(fā)明所采用的擴(kuò)散阻擋層本身在材料中的擴(kuò)散也非常小。
當(dāng)然，以上所給出的各層厚度僅是作為優(yōu)選實(shí)施方案而給出的例子，根據(jù)具體應(yīng) 用，磁電阻材料中各層的厚度可以適當(dāng)改變。例如，第一、第二擴(kuò)散阻擋層的厚度可以為在 1. 0-2. 5nm之間的任意值，磁性層的厚度可以為在5_40nm之間的任意值。本發(fā)明中使用熱 氧化的硅作為基片，使用Ta作為緩沖層和保護(hù)層，但僅是作為本發(fā)明的一個(gè)特定實(shí)施例， 根據(jù)應(yīng)用需要基片、緩沖層以及保護(hù)層的厚度和材料可以適應(yīng)性改變，例如，基片還可以采 用玻璃。 最后所應(yīng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參 照實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方 案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明 的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
一種各向異性磁電阻材料，包括一基片和基片上依次設(shè)置的緩沖層；第一擴(kuò)散阻擋層；磁性層；第二擴(kuò)散阻擋層；保護(hù)層；其中，所述第一擴(kuò)散阻擋層用于阻止所述緩沖層的材料與所述磁性層的材料之間相互擴(kuò)散，所述第二擴(kuò)散阻擋層用于阻止所述保護(hù)層的材料與所述磁性層的材料之間的相互擴(kuò)散。
2. 如權(quán)利要求1所述的各向異性磁電阻材料，其中，所述第一擴(kuò)散阻擋層、第二擴(kuò)散阻 擋層的材料為Pt。
3. 如權(quán)利要求2所述的各向異性磁電阻材料，其中，所述第一擴(kuò)散阻擋層的厚度在 1. 0-2. 5nm之間。
4. 如權(quán)利要求2所述的各向異性磁電阻材料，其中，所述第二擴(kuò)散阻擋層的厚度在 1. 0-2. 5nm之間。
5. 如權(quán)利要求2所述的各向異性磁電阻材料，其中，所述第一擴(kuò)散阻擋層、第二擴(kuò)散阻 擋層的厚度為1.2nm。
6. 如權(quán)利要求1所述的各向異性磁電阻材料，其中，所述磁性層的材料為NiFe合金，其 中Ni， Fe重量比為80+ S : 20- S ， | S |《10。
7. 如權(quán)利要求5所述的各向異性磁電阻材料，其中，磁性層厚度在5-40nm之間。
8. 如權(quán)利要求1所述的各向異性磁電阻材料，其中，所述基片材料選自熱氧化的硅或 玻璃的一種。
9. 如權(quán)利要求1所述的各向異性磁電阻材料，其中，緩沖層及保護(hù)層材料為Ta。
10. —種制備各向異性磁電阻材料的方法，包括用磁控濺射方法在熱氧化的硅基片 上依次鍍上緩沖層、第一 Pt擴(kuò)散阻擋層、磁性層、第二 Pt擴(kuò)散阻擋層和保護(hù)層6，其中所述 第一 Pt擴(kuò)散阻擋層、第二 Pt擴(kuò)散阻擋層的厚度在1. 0-2. 5nm之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于NiFe磁性層的各向異性磁電阻材料。這種薄膜系統(tǒng)是以NiFe作為磁性層，通過(guò)在緩沖層與磁性層之間，磁性層與保護(hù)層之間添加Pt作為擴(kuò)散阻擋層，可以有效抑制高溫下緩沖層及保護(hù)層材料Ta與NiFe之間的相互擴(kuò)散。本發(fā)明的制備工藝簡(jiǎn)單穩(wěn)定，非常適合實(shí)際操作，可應(yīng)用于磁場(chǎng)傳感器系統(tǒng)中。并且，本發(fā)明中添加Pt作為擴(kuò)散阻擋層后，對(duì)材料的矯頑力基本沒有影響，在實(shí)際應(yīng)用中具有重要意義。
文檔編號(hào)H01L43/08GK101740714SQ20081022660
公開日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2008年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月17日
發(fā)明者劉奕帆, 蔡建旺 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院物理研究所