專利名稱：磁阻器件、巨磁阻器件及其制造方法
發(fā)明的背景發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明涉及到磁阻和巨磁阻器件，更確切地說是涉及到用電化學(xué)方法在導(dǎo)電的或部分導(dǎo)電的基底上淀積電阻材料而制造的磁阻(MR)和巨磁阻(GMR)器件和傳感器及其制造方法。
相關(guān)技術(shù)磁阻傳感器被傳統(tǒng)地用來讀取數(shù)據(jù)(存儲器)，而當(dāng)與磁鐵一起使用時(shí)，被用來監(jiān)視運(yùn)動物體的位置。這些傳感器一般有廣泛的用途，包括導(dǎo)航、鐵磁金屬探測和定位、位置和近程檢測等。電阻元件還可以被用作開關(guān)或繼電器，集成為例如可調(diào)諧天線和雙極MOS型晶體管的一部分，以便降低源到漏的漏電流，以及被用在需要電阻變化的其它微電子應(yīng)用中。
磁阻性或磁阻(“MR”)傳感器通常由電連接(或“搭橋”)的能夠探測外加磁場變化的活性材料區(qū)域(電阻器)構(gòu)成。這些活性材料區(qū)域具有隨磁場幅度和方向變化的電阻率。換言之，當(dāng)活性材料區(qū)域被置于變化的外加磁場中時(shí)，它起可變電阻器的作用。這種磁場的起源可以是例如內(nèi)部的、起源于同一個(gè)集成電路上的緊鄰區(qū)域的、或例如來自地球磁場的外部。
這種電阻器的“靈敏度”被度量為電阻率的改變(ΔR)對磁場改變(ΔH)的比率。具體地說，磁場使薄膜中的內(nèi)部磁化矢量旋轉(zhuǎn)，且這一隨電流流動而改變的矢量角度影響電阻。特定的電阻器的靈敏度依賴于活性材料的結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成二者，而在磁阻器件的情況下，依賴于外加場的數(shù)值?；钚圆牧蠀^(qū)域可以包含通常用任何數(shù)目的不同的淀積方法淀積的幾個(gè)不同的層。
用作MR器件中的活性層的典型材料是諸如含有例如鈷、鎳、銅或鐵的合金。適當(dāng)?shù)倪@種合金的一個(gè)例子是一般所知的以坡莫合金品牌銷售的含有78.5％的鎳和21.5％的鐵的合金。坡莫合金由于具有高的磁導(dǎo)率和電阻率而可用于MR傳感器。
在傳感器應(yīng)用中，借助于將各種各樣的層組成的薄膜淀積在基底上而制作一個(gè)(或幾個(gè))活性材料區(qū)域。這些薄膜傳統(tǒng)地用諸如真空淀積之類的比較昂貴的方法來淀積，例如濺射和分子束外延，有時(shí)還用電子束(E束)或化學(xué)汽相淀積(CVD)方法。目前市面上可得到的MR傳感器是用電子束或?yàn)R射方法在硅芯片上淀積坡莫合金作為活性材料而制造的。作為一個(gè)特例，實(shí)驗(yàn)性商業(yè)傳感器是用濺射方法將坡莫合金(NiFe)層淀積到硅基底上而制造的。用CVD、濺射、和MBE制造的電阻器除了昂貴之外，還由于對基底尺寸的限制而難以大量制造。過去曾經(jīng)試圖用其它的方法來制造電阻器。但這些方法得到的傳感器對于現(xiàn)代應(yīng)用既不夠靈敏又不夠可靠。有一些商業(yè)上使用的比較不昂貴的淀積方法，諸如熔體旋涂和球磨。但這些方法通常被局限于異質(zhì)合金的生產(chǎn)。
巨磁阻(“GMR”)傳感器由活性材料區(qū)域構(gòu)成，雖然呈現(xiàn)更大的電阻總變化，但不如MR傳感器靈敏。某些GMR傳感器由被反磁性材料或非磁性材料分隔開的磁性層構(gòu)成，而其它的由粒狀金屬構(gòu)成。這些材料的電阻率變化，部分地歸咎于導(dǎo)電電子跨越非磁性層的運(yùn)動以及層交界面處或附近的伴隨的與自旋有關(guān)的散射。通常認(rèn)為二個(gè)磁性層之間的平面電阻大致隨二個(gè)層中的磁化之間的角度的余弦而變化。授予Satomi等人的美國專利No.5277991涉及這種GMR型材料的一個(gè)例子。在Satomi等人的專利中，用濺射裝置將磁性和非磁性層淀積到玻璃上。這種制造方法具有采用玻璃之類的大面積基底來大量生產(chǎn)傳感器的優(yōu)點(diǎn)，但雖然如此，由于要求使用昂貴的制造方法(濺射)而仍然有缺點(diǎn)。Daughton等人在論文”Magnetic Field SensorsUsing GMR Multilayer”中描述了一種由GMR材料制成的傳感器。利用常規(guī)的集成電路工藝(例如摻雜、掩蔽、濺射等)，Daughton等人的傳感器被制造在硅晶片上。因此，這些傳感器也是用昂貴的方法制造的。而且，制造工藝還被限制在比較小的硅晶片基底面積，限制了大規(guī)模生產(chǎn)。
W.Schwarzacher和D.S.Lashmore的論文“GiantMagnetoresistance in Electrodeposited Films”,IEEE Transactions onMagnetics,Vol.32,No.4,July1996提出使用電化學(xué)淀積(電淀積)方法來淀積薄膜可能明顯地比其它淀積方法更簡單而便宜。其整個(gè)內(nèi)容此處被列為參考的這篇論文，解釋了用來電鍍金屬薄膜的各種各樣的方法。
通常，電化學(xué)淀積涉及到在溶液中提供金屬離子。這些離子從二個(gè)電極中的一個(gè)(陰極)接受電子，從而被還原成淀積在某種類型的基底材料上的固體形式。典型的電淀積的半反應(yīng)的例子如下所示
如果在溶液(電解液)中存在多于一種的金屬離子，則有可能電淀積出合金以及純金屬。Schwarzacher等人借助于在銅片上電淀積金屬薄膜而制造GMR材料。然而，由于在電輸運(yùn)測量過程中高導(dǎo)電的銅基底使GMR材料短路，故為了能夠進(jìn)行有意義的測量，必須先進(jìn)行相當(dāng)費(fèi)時(shí)間且不實(shí)際的步驟來溶解掉銅基底。在另一篇論文，即M.Alper et al.,“Giant Magnetoresistance in ElectrodepositedSuperlattices”,Appl.Phys.Lett.,63(15),11 October 1993中，提出了使用電淀積的GMR膜作為磁性數(shù)據(jù)存儲用的傳感器，但也受到需要將薄膜電淀積到銅基底上并伴隨著需要將銅基底溶解以避免使電阻器短路的限制。
因此，盡管有成本方面的優(yōu)點(diǎn)，電淀積在此前并未被用來制造MR或GMR傳感器。如上所述，使用這種方法來制造傳感器的固有的問題過去已經(jīng)不多且不同了。特別是，如上所述，電淀積方法要求材料被淀積在諸如銅的導(dǎo)電的或部分地導(dǎo)電的基底上。由于基底必須是導(dǎo)電的，故在其上制作活性材料區(qū)域(電阻器)而無須為了避免活性電阻性元件短路而要求將銅溶解掉，在此前是商業(yè)上不實(shí)際的。
電鍍方法以及用來在基底上電淀積薄膜合金的電化學(xué)處理和電鍍裝置，是眾所周知的。例如，在1978年7月25日發(fā)布的美國專利No.4103756中，Castellani等人描述了用來在基底上電鍍坡莫合金(NiFe)的方法和裝置。電淀積也被用來制造例如磁性記錄頭的磁性薄膜。在授予Liao等人的美國專利No.4756816中，制造了這種記錄頭。Liao等人淀積的CoFe薄膜具有對記錄目的來說可接受的導(dǎo)磁率。但這些薄膜不是磁阻性的，因而無法用來制造傳感器。
在MR或GMR器件或傳感器制造中用電淀積來淀積活性電阻材料，能夠在玻璃之類的大面積基底上實(shí)現(xiàn)大批量器件或傳感器的相對便宜的快速生產(chǎn)。然而，由于需要適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電基底來短路電阻材料，使這一方法一直無法在商業(yè)上得到實(shí)現(xiàn)。此外，不能夠在其它適當(dāng)基底上淀積和永久固定合適的材料，也一直阻礙了其應(yīng)用。具體地說，此前實(shí)際上不可能將銅之類的被電淀積的金屬薄膜粘合到為便于電淀積而已經(jīng)適當(dāng)?shù)赝糠笥袑?dǎo)電或部分導(dǎo)電材料層的平板玻璃之類的大尺寸基底上。
而且，由于MR和GMR傳感器二者都必須容易確定外加磁場幅度和方向的變化，故使被電互連以產(chǎn)生傳感器的活性材料區(qū)域的靈敏度盡可能高是有優(yōu)點(diǎn)的。這種最大化此前難以獲得或不可能獲得。
總之，對于滿足下列要求的磁阻器和巨磁阻器及由它們制成的諸如傳感器之類的器件有所需求，這些要求是(1)能夠用電淀積方法大批量低成本加以制造，以及(2)靈敏而可靠，足以滿足現(xiàn)代應(yīng)用的要求。
發(fā)明的概述根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，克服了與常規(guī)薄膜電阻器和傳感器的制造有關(guān)的上述和其它的缺點(diǎn)、問題和限制。本發(fā)明部分地基于使用電淀積方法來將活性(電阻性)材料區(qū)域淀積到大面積導(dǎo)電(或部分導(dǎo)電)基底上，以生產(chǎn)可靠而成本低的諸如傳感器之類的MR和GMR器件。
本發(fā)明還提供由電阻器組成的薄膜磁阻傳感器，它具有線狀圖形，其中構(gòu)成電阻器的磁阻材料線條的寬度被最大化，以便增強(qiáng)得到的傳感器的靈敏度。
在一個(gè)示例性實(shí)施例中，絕緣基底被導(dǎo)電涂層覆蓋。用電淀積方法，磁性活性材料的至少一個(gè)區(qū)域被淀積在基底或?qū)щ娡繉由?。用光制造方法，對活性材料區(qū)域進(jìn)行圖形化，以便形成具有線狀圖形的可變電阻器。這些電阻器能夠探測諸如遠(yuǎn)處磁鐵之類的外部源或諸如IC上的附近磁性源之類的內(nèi)部源引起的磁場的變化。各個(gè)電阻器的電阻隨外加場及其方向而改變。
在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，高導(dǎo)磁率材料被電化學(xué)淀積，以便集中被傳送到活性材料區(qū)域的磁力線。這種磁極片即磁力線集中器作為電淀積工序的一部分而被淀積，或在稍后的階段中加入。
在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，用電化學(xué)淀積方法，被非磁性層分隔開的磁性層，被交替地淀積在導(dǎo)電基底上。磁性/非磁性層被圖形化，以構(gòu)成電阻變化幅度增大了的GMR電阻器。對于GMR傳感器，層結(jié)構(gòu)可以被裝配成產(chǎn)生自旋閥的形式。
在某些實(shí)施例中，活性材料區(qū)域被電連接到額外的電路(例如電壓源、電流源、電阻器、和電容器)，或甚至直接被電連接到前置放大器芯片以構(gòu)成MR或GMR器件或傳感器。
本發(fā)明還提供了一種工藝，用來將磁性活性材料粘合性地電淀積到導(dǎo)電基底上而不會電短路活性材料。適合于用在本發(fā)明中的基底包括但不局限于氧化銦錫(ITO)涂敷的玻璃、摻雜的硅、砷化鎵、鍺、或摻雜的金剛石。
附圖的簡要說明結(jié)合附圖閱讀下列的詳細(xì)描述，將更容易理解本發(fā)明的上述和其它的目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，其中

圖1是ITO涂敷的玻璃上的磁阻層[MR]的剖面圖。
圖2是位于ITO涂敷的玻璃基底上的被隔離的MR電阻器。
圖3是方框圖，示出了在ITO涂敷的玻璃上淀積磁性活性材料[MR和GMR二者]的步驟。
圖4是電鍍在ITO涂敷的玻璃上的巨磁阻[GMR]材料的剖面圖。
圖5是位于ITO涂敷的玻璃基底上的被隔離的GMR電阻器。
圖6是由四個(gè)(4)電阻器和四個(gè)(4)磁極片構(gòu)成的完整的磁阻(MR)傳感器的示意俯視圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的傳感器的照片(放大17倍)。
圖8是用來光掩蔽本發(fā)明的傳感器的典型掩模的示意圖。
在最佳實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的用來探測磁場變化的磁阻器件，包含其上排列有至少一個(gè)由導(dǎo)電或部分導(dǎo)電涂層組成的厚度小于大約2000埃的區(qū)域的絕緣基底。為了防止與導(dǎo)電材料上使用電阻性材料相關(guān)的短路問題，最好限制導(dǎo)電涂層的厚度。
絕緣基底最好是平板玻璃。Glaverbel型的光學(xué)質(zhì)量玻璃是特別合適的。然而，適合于作基底的其它材料包括但不局限于選自不銹鋼、砷化鎵和摻雜的硅中的一個(gè)。
基底上的涂層最好選自氧化銦錫(ITO)、氧化銦和氧化錫構(gòu)成的組，且電阻率數(shù)值最好約為10-100歐姆/方。氧化銦錫是一種用作本發(fā)明涂層的特別優(yōu)選的材料。
至少有一個(gè)電阻器區(qū)域，它包含至少一層排列在各個(gè)導(dǎo)電或部分導(dǎo)電涂層上的大約0.5-2μm的電淀積的金屬材料。此層被有意地保持在最小厚度，以便防止其上淀積的電阻性材料被短路。適合于用作本發(fā)明的金屬材料包括但不局限于鉻、鉑、金、鈀、銀、銅以及它們的合金和化合物中的一個(gè)或多個(gè)，特別以銅為最好。電淀積的金屬材料至少被基本上永久固定在被涂敷的基底上。金屬材料在諸如ITO涂敷的玻璃上之類的基底上的這種永久粘合，此前是不可能獲得的。
至少有一層大約15-30的排列在電淀積的金屬材料層上的電淀積的鐵磁材料。最好有大約10-100層鐵磁材料。此鐵磁材料最好包括選自鐵、鎳、銅、鈷以及它們的合金和化合物中的一個(gè)。用于本發(fā)明的最佳鐵磁金屬包括鐵和鎳，而最佳鐵磁合金是坡莫合金。
現(xiàn)參照附圖，圖1說明了上述器件，示出了排列在其上具有部分導(dǎo)電涂層的平板玻璃基底上的磁阻材料區(qū)域?；?1可以是任何形狀、厚度或尺寸?；?1的厚度為大約0.8-14μm較好，而厚度約為0.8-2μm最好。
如圖1所示，基底11具有排列于其上的導(dǎo)電涂層12。導(dǎo)電涂層12最好是由金屬、氧化物、或半導(dǎo)體組成的薄膜或?qū)?。金屬薄?3被排列在導(dǎo)電涂層12上。鐵磁材料層14被排列在金屬薄層13上。
在最佳實(shí)施例中，用電化學(xué)淀積方法來執(zhí)行金屬層13和鐵磁材料層14的淀積。此淀積最好發(fā)生在電化學(xué)槽(未示出)中。用于本發(fā)明的一種典型的電化學(xué)槽包含由聚丙烯制成的方形盒。U形磁鐵被固定在盒外并有足夠的強(qiáng)度，以便為MR材料淀積提供500-1000高斯的磁場。跨越整個(gè)盒均勻地分布的是固定在槽的一端的陰極和槽的相反端處準(zhǔn)確平行于陰極的陽極。參考電極被置于緊靠陰極板的中心。提供了非常均勻地?cái)嚢枞芤旱难b置。通常經(jīng)由適當(dāng)?shù)臑V波器抽取溶液，并用固定在槽上的恒溫器用來控制溫度?？梢杂秒姷矸e槽和本技術(shù)所知的方法來制造這些電阻器。
薄膜13是固定在導(dǎo)電涂層上的金屬材料。薄膜13的厚度最好是大約10-200nm。如下面所述，薄膜13的金屬材料至少被基本上永久固定在導(dǎo)電涂層。對于本發(fā)明的目的，基本上永久固定意味著對于所有的實(shí)踐目的，此薄膜不容易剝離玻璃(基底)上的涂層。銅是一種用作固定在導(dǎo)電涂層上的薄膜的特別優(yōu)選的材料。
第二薄膜14是排列在金屬材料13上的鐵磁材料，且如上所述具有大約50-2000nm的優(yōu)選厚度。
一旦電阻性材料被淀積在被涂敷的基底上，就能夠原封不動地使用電阻器區(qū)域，或進(jìn)一步加工以形成磁阻傳感器。根據(jù)本發(fā)明的MR傳感器，在其上排列有至少二個(gè)導(dǎo)電或部分導(dǎo)電涂層區(qū)域的絕緣基底上，包含至少二個(gè)電互連的電阻器。根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)成傳感器的各個(gè)電阻器，包含如上所述的磁阻器件。這些電阻器最好被電互連成惠斯登電橋結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的MR傳感器最好還包含排列在被涂敷的基底上的一個(gè)磁極片。此磁極片最好包含排列在被涂敷的基底的至少一個(gè)區(qū)域上的電淀積的磁極片材料區(qū)域。電淀積的磁極片材料區(qū)域最好相對于電阻器定位，使磁極片材料起到將磁場聚焦在電阻器上而無須將電阻器屏蔽于它的作用。在一個(gè)最佳結(jié)構(gòu)中，磁極片元件沿其軸將磁場聚焦在電阻器上。適合于用作磁極片材料的材料最好應(yīng)該是導(dǎo)磁材料。這種適當(dāng)?shù)拇艠O片材料的例子包括但不局限于鎳-鐵、鈷-鐵、和它們的化合物。
在最佳實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的MR傳感器包含至少一個(gè)厚度約為0.5-5μm的磁極片。此磁極片最好包含至少一層厚度約為0.5-5μm的選自鉻、鉑、金、鈀、銀、銅、以及它們的合金和化合物的金屬材料。此磁極片還包含至少一層大約15-30的電淀積的鐵磁材料。此電淀積的鐵磁材料最好選自鐵、鎳、銅、鈷、以及它們的合金和化合物，并被排列在金屬材料層上。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，磁極片包含構(gòu)成電阻器的同一種材料。
各個(gè)電阻器被構(gòu)造成線狀圖形，其最佳線寬約為15-25μm。在根據(jù)本發(fā)明的MR傳感器中，具有最佳線寬的線狀圖形使傳感器的靈敏度最大化。線狀圖形的任何部分應(yīng)該在空間上與另一個(gè)給定部分分隔開大約2-20μm距離。
在最佳實(shí)施例中，本MR傳感器包含4個(gè)磁阻區(qū)域(電阻器)。4個(gè)區(qū)域中的每二個(gè)，最好以相對于4個(gè)磁阻區(qū)域(電阻器)中的另二個(gè)成大約90度的角度位于基底上。
利用多個(gè)光制造步驟，電阻器被“圖形化”，而磁極片被描繪出來。在本發(fā)明中，一旦金屬層和鐵磁層被電淀積在導(dǎo)電涂層上，就用如圖8中僅僅為示例目的而示出的特定設(shè)計(jì)圖形的光刻膠，對得到的電阻性材料進(jìn)行光掩蔽。光刻膠覆蓋部分電阻性材料，并防止它受到后續(xù)腐蝕步驟的作用。任何暴露區(qū)域中的導(dǎo)電涂層、金屬層、和鐵磁層被腐蝕掉。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的傳感器中的可變電阻器的構(gòu)造。區(qū)域172、272、373、472各為4個(gè)電阻器之一，而區(qū)域173、273、373、473是磁極片，還用作接觸點(diǎn)。如圖6所示，可變電阻器172、272、372和472通過磁極片173、273、373和473被電互連成通常稱為惠斯登電橋的結(jié)構(gòu)。此外，用來連接到外部電路的接觸點(diǎn)可以被點(diǎn)焊或金鍵合到電阻性材料上，以便與封裝外殼連接。
在傳感器運(yùn)行過程中，各個(gè)接觸點(diǎn)應(yīng)該跨越電壓表、電壓源或電容器(未示出)被電連接。
當(dāng)用霍爾探針并施加大約10mA的頻率為1KHz的恒定電流進(jìn)行測量時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的MR傳感器可以具有大約1高斯的實(shí)測磁滯和大約500-3000歐姆的實(shí)測電阻。再次參照圖7，這一特別設(shè)計(jì)的傳感器的最大靈敏度沿箭頭101方向。當(dāng)傳感器處于沿101方向變化的磁場中時(shí)，磁極片173、273、373和473將沿其軸使磁力線對齊，并使磁場聚焦在電阻器172和372上。
對于MR傳感器，當(dāng)施加沿箭頭101方向變化的磁場100時(shí)，電阻器172和372具有反比于外加磁場100的幅度而變化的電阻。但電阻器272和472具有正比于外加磁場100的幅度而變化的電阻。與惠斯登電橋電路相結(jié)合的這一相反的MR響應(yīng)功能，提高了這種MR傳感器的靈敏度。在某些應(yīng)用中，磁極片可以非常厚，以便將磁場100聚焦到電阻器172和372，電阻器172和372的靈敏度可以被大幅度提高。此時(shí)，電阻器272和472被磁極片173、273、373和473基本上屏蔽于磁場100。
在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的目的是一種用來探測磁場變化的巨磁阻器件。此器件包含其上排列有至少一個(gè)小于大約2000的導(dǎo)電或部分導(dǎo)電涂層區(qū)域的絕緣基底。此絕緣基底最好是厚度約為0.8-2.0μm的平板玻璃，而部分導(dǎo)電的涂層最好是厚度約為0.2-2.0μm的氧化銦鈦。此涂層的電阻率約為10-100歐姆/方。其它的涂層材料包括氧化銦和氧化錫，而其它的基底材料包括不銹鋼、砷化鎵和摻雜的硅。
在被涂敷的基底上至少有一個(gè)電阻器區(qū)域。此電阻器區(qū)域包含至少一層排列在各個(gè)導(dǎo)電或部分導(dǎo)電涂層區(qū)域上的大約0.5-1.0μm的電淀積金屬材料。電淀積材料至少基本上被永久固定在被涂敷的基底上。至少有一個(gè)排列在電淀積的金屬材料層上的雙層(多層)。適合于用作此金屬材料的材料，包括鉻、鉑、金、鈀、銀、銅、鋁、鈦以及它們的合金和化合物，以銅較好。有大約30-600個(gè)雙層，且在各個(gè)所述至少一個(gè)雙層中，每個(gè)雙層包含至少一個(gè)而最好是大約5-15個(gè)約為20-30的電淀積鐵磁材料層，以及至少一個(gè)而最好是大約3-10個(gè)約為8-13的電淀積非鐵磁材料層。雙層的數(shù)目、構(gòu)成雙層的各個(gè)單層的數(shù)目和厚度，將根據(jù)被使用的材料和電阻性材料的最終用途而改變。例如，當(dāng)?shù)矸e鈷/銅多層時(shí)，具有大約30-100個(gè)由鈷層組成的雙層和一層銅層較好。
適合于用在本GMR電阻性器件中的鐵磁材料，包括鐵、鎳、銅、鈷以及它們的合金和化合物。這種鐵磁合金的例子包括Co-Ni-Cu、Ni-Cu、Ni-Fe、Co-Fe、Co-Ni、Co-Pt、Fe-Rh，以Co-Ni和Co-Ni-Cu較好。
本實(shí)施例還包含GMR傳感器，它包含其上排列有至少二個(gè)厚度小于大約2000的導(dǎo)電或部分導(dǎo)電涂層區(qū)域的絕緣基底。此涂層的電阻率約為10-100歐姆/方。有至少二個(gè)，最好是4個(gè)基本上根據(jù)上面描述構(gòu)造成的電互連的GMR電阻器。電阻器中的至少二個(gè)位于基底上?？梢噪娀ミB成惠斯登電橋結(jié)構(gòu)。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的GMR電阻器。基底111可以是任何形狀、厚度或尺寸。如圖4所示，基底111具有淀積在其上的導(dǎo)電涂層112。如在MR傳感器的制造中那樣，導(dǎo)電涂層112最好是金屬、氧化物、或半導(dǎo)體。在一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施例中，導(dǎo)電涂層是包含氧化銦錫(ITO)的薄膜。導(dǎo)電涂層的最佳電阻率約為10-100歐姆/方，或者，可以包含但不局限于例如不銹鋼、砷化鎵、或摻雜的硅。
如同MR傳感器那樣，根據(jù)本發(fā)明的GMR傳感器還可以包含磁極片元件。同樣，此磁極片元件包含排列在被涂敷的基底的至少一個(gè)區(qū)域上的電淀積磁極片材料區(qū)。電淀積的磁極片材料區(qū)相對于電阻器定位，使磁極片材料起將磁場聚焦到電阻器上的作用，而無須使電阻器屏蔽于磁場。磁極片沿其軸將磁場聚焦到電阻器上較好。
參照圖4，在根據(jù)本發(fā)明的GMR電阻器中，金屬薄層131被排列在導(dǎo)電涂層112上并具有約為10-200nm的優(yōu)選厚度。如下面解釋的那樣，層131的金屬材料至少被基本上永久固定于導(dǎo)電涂層。金屬材料應(yīng)該被構(gòu)成為不局限于銅，而是最好選自鉻、鉑、金、鈀、銀、銅、以及它們的合金和化合物。
活性層114由大量交替的鐵磁和非鐵磁層構(gòu)成。此多層膜114被直接排列在金屬層131上。各個(gè)鐵磁材料層的優(yōu)選厚度約為20-30，且最好包含選自鐵、鎳、銅、鈷、以及它們的合金和化合物中的一個(gè)。適合于用作鐵磁材料的合金包括但不局限于選自Co-Ni-Cu、Ni-Cu、Ni-Fe、Co-Fe、Co-Ni、Co-Pt、Fe-Rh、以及它們的化合物中的一個(gè)(見表1)。各個(gè)非鐵磁材料層的優(yōu)選厚度約為8-50。適合于用作非鐵磁材料的材料包括但不局限于選自銅、銀、鉑、鈀、鈦、鉻、銠、和它們的化合物中的一個(gè)。
在最佳實(shí)施例中，用電化學(xué)淀積方法來執(zhí)行多層114的淀積。這些層中每個(gè)層的相對厚度影響著相對于得到的傳感器結(jié)構(gòu)的噪聲的靈敏度。例如，比之將厚度約為24的銅層與厚度約為20的鈷層交替，將厚度約為12的銅層與厚度約為20的鈷層交替得到的傳感器的靈敏度更高但噪聲更大(磁滯更大)。前者的靈敏度將小于后者，且通常將線性響應(yīng)磁場。
一旦層131被電淀積在導(dǎo)電涂層上，它就被剝離，并在導(dǎo)電表面上重新鍍敷層131，從而將此層基本上永久固定在此基底上。在GMR傳感器材料上執(zhí)行相似于上述MR傳感器所述的光掩蔽工藝。
現(xiàn)參照圖3，在GMR傳感器的情況下，由于所有4個(gè)電阻器172、272、372和472具有對磁場100相同的響應(yīng)功能(如圖6所示)，故可能需要比較厚的(大約1.0-3.0μm)磁極片來將電阻器272和472屏蔽于磁場100。
在根據(jù)本發(fā)明的GMR傳感器中，可以用恒定電阻器代替電阻器272和472以平衡電橋電路。此時(shí)，二個(gè)平衡電阻器272和472被可選地置于電路板上，或當(dāng)這種GMR傳感器被使用時(shí)，將其集成到前置放大器電路中。
現(xiàn)參照圖3，示意地示出了制造根據(jù)本發(fā)明的傳感器的工藝。導(dǎo)電材料涂敷的基底11(如圖1所示)被用于電化學(xué)淀積?；?1的尺寸僅僅主要受執(zhí)行電淀積步驟的電化學(xué)槽尺寸的限制。
在最佳實(shí)施例中，基底包含Glaverbel型玻璃，其厚度約為1.1μm，且其上具有包含厚度約為0.02-0.2μm而電阻率約為10-100歐姆厘米的氧化銦錫的涂層。
預(yù)清洗裝置10制備基底11以及導(dǎo)電涂層12，以便在其上電化學(xué)淀積。用超聲清洗、去離子水和酸溶液，對各個(gè)基底進(jìn)行清洗。各個(gè)基底被固定在電接觸和銅環(huán)上。
金屬薄層131(示于圖4)被電化學(xué)淀積在導(dǎo)電涂層112上。在最佳實(shí)施例中，薄膜淀積裝置20包含電化學(xué)槽和銅電解液。薄膜淀積裝置至少將大約0.01-0.2μm的一個(gè)第一銅層(未示出)淀積到基底上的導(dǎo)電涂層上。薄膜剝離裝置(未示出)將至少一個(gè)第一金屬層剝離?；蛘撸妆粡碾娀瘜W(xué)槽中移出，再手工剝離第一金屬層?；妆环呕氐讲壑?，且薄膜淀積裝置20最好將大約10-200nm的至少一個(gè)第二銅層淀積到導(dǎo)電涂層112上的從中第一銅層被剝離的區(qū)域上，以便提供進(jìn)一步淀積所要求的導(dǎo)電率。這一第二銅層從而基本上永久固定到被涂敷的玻璃。
磁性活性材料淀積裝置30將至少一個(gè)磁阻材料薄膜14(示于圖1)淀積到金屬薄層13上。為了制造MR傳感器，活性材料淀積裝置30包含電化學(xué)槽以及用來淀積單個(gè)磁性元素或磁性合金的溶液。在最佳實(shí)施例中，磁性合金包含鎳和鐵。磁阻材料淀積裝置30最好將50-2000nm的磁性合金淀積到薄膜13上。GMR淀積包括提供其上具有導(dǎo)電涂層的基底，需要額外的步驟，其中薄膜淀積裝置淀積一個(gè)由被淀積的非鐵磁材料與鐵磁材料交替組成的層。
本發(fā)明的目的還在于一種用來將磁阻材料電淀積到絕緣基底上并將其至少基本上永久固定于其上的方法。此方法包含下列步驟提供其上具有厚度約為0.2-2.0μm的導(dǎo)電或部分導(dǎo)電涂層的絕緣基底，以及將至少一個(gè)第一金屬材料層電淀積到導(dǎo)電或部分導(dǎo)電涂層的至少一個(gè)區(qū)域上。導(dǎo)電或部分導(dǎo)電涂層選自氧化銦錫(ITO)、氧化銦、和氧化錫，以氧化銦錫較好。第一層的較好厚度約為0.5-2.0μm。用作本發(fā)明中的金屬材料的優(yōu)選材料包括但不局限于鉻、鉑、金、鈀、銀、銅、以及它們的合金和化合物，以銅較好。
下一步驟包含從導(dǎo)電或部分導(dǎo)電涂層清除第一金屬材料層。在清除第一層之后，厚度約為0.5-2.0μm的第二金屬材料層被電淀積到導(dǎo)電或部分導(dǎo)電涂層的區(qū)域上。至少一個(gè)磁阻材料層被電淀積到第二金屬材料層上。清除第一金屬材料層的較好的方法是將其從被涂敷的基底剝離。在電淀積步驟中最好應(yīng)該提供磁場，磁場的數(shù)值最好約為500-2000高斯。
在其它的實(shí)施例中，本發(fā)明的目的是一種生產(chǎn)傳感器的方法。此方法包含提供其上排列有導(dǎo)電或部分導(dǎo)電涂層的絕緣基底。大約0.5-2.0μm的銅層被至少基本上永久固定在導(dǎo)電或部分導(dǎo)電的涂層上。至少一個(gè)大約15-30的鐵磁材料層被電淀積到銅層上。其下方至少一部分鐵磁材料和銅層以及導(dǎo)電或部分導(dǎo)電涂層被腐蝕掉，從而形成至少二個(gè)空間上分隔開的活性材料區(qū)域。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的GMR電阻器。然后將各個(gè)活性材料區(qū)域互連成電橋結(jié)構(gòu)。
在此方法中，基底的優(yōu)選厚度約為0.8-2μm。導(dǎo)電或部分導(dǎo)電涂層選自氧化銦錫(ITO)、氧化銦、和氧化錫，以氧化銦錫較好。
將至少一層鐵磁材料電淀積到銅層上的步驟，包含電淀積大約10個(gè)單層至大約100個(gè)由鐵、鎳、銅、鈷以及它們的合金和化合物中的一個(gè)組成的層。鎳和坡莫合金較好。
此方法還可以包含借助于在導(dǎo)電或部分導(dǎo)電涂層上制作電淀積的磁極片材料而在所述基底上形成至少磁極片。電淀積的磁極片材料區(qū)域被安置成起將施加到器件的磁場聚焦到磁阻區(qū)的作用而無須將其屏蔽于磁場。磁極片元件最好沿其軸將磁場聚焦于磁阻區(qū)域上。磁極片最好是導(dǎo)磁的，并選自鎳-鐵、鈷-鐵、以及它們的化合物。
在再一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的目的是一種制造用來探測磁場變化的巨磁阻器件的方法?；缀突淄繉优cMR器件制造中使用的相同。至少產(chǎn)生一個(gè)電阻器區(qū)域。淀積GMR電阻器的步驟包含在基底上的各個(gè)導(dǎo)電或部分導(dǎo)電的區(qū)域上電淀積至少一個(gè)大約0.5-1.0μm的金屬材料層。磁金屬材料至少基本上永久固定于其上。至少一個(gè)雙層被電淀積到至少基本上永久固定的被電淀積的金屬材料層上。各個(gè)雙層包含至少一個(gè)大約20-30的鐵磁材料層和至少一個(gè)大約8-13的非鐵磁材料層。鐵磁材料包含選自鐵、鎳、銅、鈷以及它們的合金和化合物中的一個(gè)。合金選自Co-Ni-Cu、Ni-Cu、Ni-Fe、Co-Fe、Co-Ni、Co-Pt、Fe-Rh、以及它們的化合物，以Cu-Ni和Co-Ni-Cu較好。非磁性材料最好選自銅、銀、鉑、鈀、鈦、鉻、銠、以及它們的化合物。
此方法包含將大約30-100個(gè)雙層電淀積到被電淀積的金屬材料層上。如同用來制造MR傳感器的方法那樣，此方法還可以包含制作至少一個(gè)相對于巨磁阻區(qū)域安置的磁極片，使磁極片材料起將施加到器件的磁場聚焦于巨磁阻區(qū)域而無須將此區(qū)域屏蔽于它的作用。
為了制造GMR電阻器器件和根據(jù)本發(fā)明的從其制造的傳感器，在電化學(xué)槽30中淀積活性材料。電解液由氨基磺酸鈷、硫酸銅和硼酸組成。
在淀積磁極片的一個(gè)變通方法中，有一個(gè)多步驟光掩蔽工序(1)。在這一工序中，如圖6所示，光刻膠覆蓋活性層的整個(gè)表面，而僅僅在磁極片區(qū)域173、273、373和473中開出窗口，以便能夠通過窗口淀積額外的磁極片層。
磁極片淀積裝置50在窗口區(qū)域中的活性層上淀積磁極片材料。磁極片淀積裝置50可以是與具有用來淀積單個(gè)磁性元素或磁性合金的溶液的活性磁性層淀積裝置相同的或不同的電化學(xué)槽。磁極片層的厚度從大約0.1μm變化到大約5μm。
光刻膠清洗槽60被用來清除磁極片淀積之后的表面上的光刻膠。
光掩蔽工序(2)70將掩蔽如圖6所示最終圖形的樣品。
如圖6所示，腐蝕裝置80用來清除電阻器線條之間的區(qū)域和磁極片之間的區(qū)域。最好清除所述區(qū)域中的所有導(dǎo)電材料，包括MR傳感器的活性層14和GMR傳感器的活性層114、導(dǎo)電層13以及ITO層112。為了腐蝕金屬層和ITO層，腐蝕裝置80中所用的腐蝕劑可以依次是一種或幾種。若不清除導(dǎo)電涂層12，則可變電阻器不隔離于相鄰的可變電阻器(未示出)。當(dāng)一個(gè)可變電阻器被電連接到額外的電路以形成傳感器時(shí)，下方的ITO層成為電流的通路，相鄰電阻器線條中的電流將橫行流動，而不是沿構(gòu)成電阻器的線條路徑流動。沿預(yù)定路徑減小了的電流，使傳感器的總效率降低。
如有需要，劃片裝置90被用來對基底11進(jìn)行最后的切割。劃片裝置90應(yīng)該進(jìn)行所需的各種切割，以便制備基底和其上制作的用于最終應(yīng)用中的電阻器。
最后，在步驟100中，對單個(gè)傳感器進(jìn)行封裝。
對于本技術(shù)的熟練人員，所公開的發(fā)明的各種各樣的改變或修正是顯而易見的。雖然上面的描述參考了特定的示例性實(shí)施例，但本專利被認(rèn)為覆蓋了不超越所公開的發(fā)明的構(gòu)思和范圍的所有改變和修正。
例子例1MR傳感器的電淀積和光制造1．基底玻璃類型Glaverbel厚度1.1μmITO涂層15歐姆/方1．預(yù)清洗步驟a)樣品制備將ITO玻璃切割成3.5”×3.5”的方，在用電鍍帶隔離于電解液的3英寸直徑淀積窗口周圍，制作具有銅環(huán)的電接觸。
b)預(yù)淀積清洗超聲清洗4Oz/Gal Micro,50℃,3分鐘去離子水沖洗50℃,3分鐘浸入2.5％的H2SO4，腐蝕1分鐘去離子水沖洗。
3．淀積銅a)用于銅導(dǎo)電層淀積的電解液焦磷酸銅大電流快速電鍍?nèi)芤?33ml/L；
水666ml/L；pH:8.8b)淀積條件陽極Cu電鍍電位在-2.0V SCE(飽和甘汞電極)下靜電位淀積溫度室溫保持陰極與陽極平行以獲得均勻的膜層厚度c)銅層淀積和鍵合處理在制備和清洗過的ITO玻璃上淀積50nm的Cu，然后將玻璃吹干；用透明膠帶清除銅膜，用2.5％的H2SO4腐蝕玻璃，并用去離子水沖洗玻璃；重復(fù)淀積過程，直到用庫侖計(jì)測得的ITO玻璃上的銅層的最終厚度為45nm。
4．坡莫合金層的淀積電解液氨基磺酸鎳315ml/L；抗壞血酸(抗氧化劑)6g/L氨基磺酸鐵30ml/L硼酸30g/L糖精2g/L溫度50℃pH:2.0外加磁場600高斯，平行于膜表面；淀積過程中不攪拌。坡莫合金被電淀積到庫侖計(jì)測得為250nm的厚度。
5．光腐蝕a)清洗在樣品被置于旋轉(zhuǎn)器上以低速(大約500RPM)旋轉(zhuǎn)的情況下，用丙酮、異丙醇和去離子水沖洗樣品總共60秒鐘；然后以4000RPM甩干60秒鐘。
b)在120℃的爐子中烘焙樣品15分鐘。冷卻樣品3分鐘。
c)旋涂光刻膠(Shipley,Inc.#1813)將時(shí)間和速度設(shè)定為700RPM下6秒鐘，隨之以4000RPM下60秒鐘d)在120℃的爐子中烘焙樣品20分鐘。然后冷卻3分鐘；e)掩蔽樣品，使樣品對準(zhǔn)并在15mV/cm2下暴露于紫外光(曝光計(jì)上設(shè)定為14秒鐘)。
f)顯影樣品被放回到旋轉(zhuǎn)器上，在60秒鐘的停止模式下，將顯影液澆上，開始旋轉(zhuǎn)，樣品以低速(500RPM)旋轉(zhuǎn)，再加額外10秒鐘的顯影液和水，隨之以加55秒鐘的水。對樣品進(jìn)行1分鐘高速(4000RPM)旋轉(zhuǎn)，以便進(jìn)行干燥。
g)在120℃下對樣品進(jìn)行20分鐘硬化烘焙。
6．腐蝕a)溶液1份FeCl350g/l1份HCl37％50℃b)樣品置于水中10秒鐘c)樣品在150℃下烘焙5分鐘d)樣品再次置于腐蝕劑中2分鐘e)用丙酮沖洗樣品以清除掩模7．劃片用市售切割鋸將樣品切割成單個(gè)傳感器。用膠帶從玻璃側(cè)面粘貼玻璃，并用10PBM050A砂輪切割玻璃。圖6是根據(jù)這一例子制造的傳感器的照片。
例2GMR電阻器和傳感器的制造1．基底玻璃類型Glaverbel厚度1.1μmITO涂層15歐姆/方
2．預(yù)清洗步驟a)樣品制備將ITO玻璃切割成3.5”×3.5”的方，在用電鍍帶隔離于電解液的3英寸直徑的窗口周圍，制作具有銅環(huán)的電接觸。
b)預(yù)淀積清洗超聲清洗4Oz/Gal Micro,50℃,3分鐘去離子水沖洗50℃,3分鐘浸入2.5％的H2SO4，腐蝕1分鐘去離子水沖洗。
3．淀積銅a)用于銅導(dǎo)電層淀積的電解液焦磷酸銅大電流快速電鍍?nèi)芤?33ml/L；水666ml/L；pH:8.8b)淀積條件陽極Cu電鍍電位在-2.0V SCE(飽和甘汞電極)下靜電位淀積溫度室溫保持陰極與陽極平行以獲得均勻的膜層厚度c)銅層淀積和鍵合處理在制備和清洗過的ITO玻璃上，淀積50nm的Cu，然后將玻璃吹干；用透明膠帶清除銅膜，用2.5％的H2SO4腐蝕玻璃，并用去離子水沖洗玻璃；重復(fù)淀積過程，直到用庫侖計(jì)測得的ITO玻璃上的銅層的最終厚度為45nm。
4．GMR多層的淀積電解液氨基磺酸鈷500ml/L；硫酸銅2.947g硼酸30g/L水500ml
溫度室溫pH:2.2鈷陰極充電電位-1.8V銅陰極充電電位-0.26V鈷電鍍到20，關(guān)斷電源等待3秒鐘銅電鍍到9。
5．光腐蝕a)清洗在樣品被置于旋轉(zhuǎn)器上以低速(大約500RPM)旋轉(zhuǎn)的情況下，用丙酮、異丙醇和去離子水沖洗樣品總共60秒鐘；然后以4000RPM甩干60秒鐘。
b)在120℃的爐子中烘焙樣品15分鐘。冷卻樣品3分鐘。
c)旋涂光刻膠(Shipley,Inc.#1813)將時(shí)間和速度設(shè)定為700RPM下6秒鐘，隨之以4000RPM下60秒鐘d)在120℃的爐子中烘焙樣品20分鐘。然后冷卻3分鐘；e)掩蔽樣品，使樣品對準(zhǔn)并在15mV/cm2下暴露于紫外光(曝光表上設(shè)定為14秒鐘)。
f)顯影樣品被放回到旋轉(zhuǎn)器上，并在60秒鐘的停止模式下，將顯影液澆上，開始旋轉(zhuǎn)，樣品以低速(500RPM)旋轉(zhuǎn)，再加額外10秒鐘的顯影液和水，隨之以加55秒鐘的水。對樣品進(jìn)行1分鐘高速(4000RPM)旋轉(zhuǎn)，以便進(jìn)行干燥。
g)在120℃下對樣品進(jìn)行20分鐘硬化烘焙。
6．腐蝕a)溶液1份FeCl350g/l1份HCl37％50℃b)樣品置于水中10秒鐘c)樣品在150℃下烘焙5分鐘
d)樣品再次置于腐蝕劑中2分鐘e)用丙酮沖洗樣品，以清除掩模7．劃片用市售切割鋸將樣品切割成單個(gè)傳感器。用膠帶從玻璃側(cè)面粘貼玻璃，并用10PBM050A砂輪切割玻璃。
可以構(gòu)成本發(fā)明的許多不同的實(shí)施例而不偏離本發(fā)明的構(gòu)思和范圍。應(yīng)該理解的是，本發(fā)明不局限于本說明書所述的具體實(shí)施例。相反，本發(fā)明被認(rèn)為覆蓋了包括在權(quán)利要求的構(gòu)思與范圍內(nèi)的各種各樣的修正和等效安排。下列權(quán)利要求與廣義的解釋一致，以便包羅所有這些修正以及等效的結(jié)構(gòu)和功能。
權(quán)利要求
1．一種用來探測磁場變化的磁阻器件，它包含其上排列有至少一個(gè)由導(dǎo)電或部分導(dǎo)電涂層組成的厚度小于大約2000的區(qū)域的絕緣基底，所述涂層具有大約10-100歐姆/方的電阻率；以及至少一個(gè)電阻器區(qū)域，它包含至少一層排列在各個(gè)所述至少一個(gè)導(dǎo)電或部分導(dǎo)電涂層區(qū)域上的大約0.5-2μm的電淀積的金屬材料，所述電淀積的金屬材料至少被基本上永久固定在其上；以及至少一層排列在所述至少一層電淀積的金屬材料上的大約15-30的電淀積的鐵磁材料。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中的絕緣基底是厚度約為0.8-2μm的平板玻璃。
3．根據(jù)權(quán)利要求2的器件，其中的導(dǎo)電或部分導(dǎo)電的涂層選自氧化銦錫(ITO)、氧化銦和氧化錫構(gòu)成的組。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中的基底選自不銹鋼、砷化鎵和摻雜的硅構(gòu)成的組。
5．根據(jù)權(quán)利要求3的器件，其中的部分導(dǎo)電的涂層是氧化銦錫。
6．根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中的金屬材料選自鉻、鉑、金、鈀、銀、銅以及它們的合金和化合物構(gòu)成的組。
7．根據(jù)權(quán)利要求6的器件，其中的金屬材料是銅。
8．根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中有大約10-100個(gè)由選自鐵、鎳、銅、鈷以及它們的合金和化合物構(gòu)成的組的一個(gè)組成的鐵磁材料層。
9．根據(jù)權(quán)利要求7的器件，其中的鐵磁材料包含鎳。
10．根據(jù)權(quán)利要求8的器件，其中的鐵磁材料包含鐵。
11．根據(jù)權(quán)利要求8的器件，其中的合金包含坡莫合金。
12．一種MR傳感器，它包含其上排列有至少二個(gè)由導(dǎo)電或部分導(dǎo)電涂層組成的小于大約2000的區(qū)域的絕緣基底，所述涂層具有大約10-100歐姆/方的電阻率；以及至少二個(gè)電互連的電阻器，其中各個(gè)所述至少二個(gè)電阻器包含至少一層排列在各個(gè)所述至少二個(gè)導(dǎo)電或部分導(dǎo)電涂層區(qū)域上的大約0.5-2μm的電淀積的金屬材料，所述電淀積的金屬材料至少被基本上永久固定在其上；以及至少一層排列在所述金屬層上的大約15-30的電淀積的鐵磁材料。
13．根據(jù)權(quán)利要求12的MR傳感器，其中各個(gè)所述至少二個(gè)區(qū)域，被構(gòu)造成線寬約為15-25μm的線性圖形。
14．根據(jù)權(quán)利要求12的MR傳感器，其中的基底選自平板玻璃、不銹鋼、砷化鎵和摻雜的硅構(gòu)成的組。
15．根據(jù)權(quán)利要求12的MR傳感器，其中的部分導(dǎo)電的涂層選自氧化銦錫(ITO)、氧化銦和氧化錫構(gòu)成的組。
16．根據(jù)權(quán)利要求15的MR傳感器，其中的絕緣基底是厚度約為0.8-2μm的平板玻璃，而部分導(dǎo)電的涂層是厚度約為0.2-2μm而電阻率約為10-100歐姆/方的氧化銦鈦。
17．根據(jù)權(quán)利要求12的MR傳感器，包含4個(gè)電阻器區(qū)域，其中所述4個(gè)電阻器區(qū)中的各二個(gè)位于所述基底上，與所述4個(gè)磁阻區(qū)域的另外二個(gè)的每一個(gè)成大約90度的角度。
18．根據(jù)權(quán)利要求17的MR傳感器，其中的4個(gè)電阻器被電互連成惠斯登電橋結(jié)構(gòu)。
19．根據(jù)權(quán)利要求12的MR傳感器，其中的金屬材料選自鉻、鉑、金、鈀、銀、銅以及它們的合金和化合物構(gòu)成的組。
20．根據(jù)權(quán)利要求19的MR傳感器，其中的金屬材料是銅。
21．根據(jù)權(quán)利要求12的MR傳感器，其中有大約10-100個(gè)由選自鐵、鎳、銅、鈷以及它們的合金和化合物構(gòu)成的組中的一個(gè)組成的鐵磁材料層。
22．根據(jù)權(quán)利要求21的MR傳感器，其中的鐵磁材料包含鎳。
23．根據(jù)權(quán)利要求21的MR傳感器，其中的鐵磁材料包含鐵。
24．根據(jù)權(quán)利要求21的MR傳感器，其中的合金包含坡莫合金。
25．根據(jù)權(quán)利要求12的MR傳感器，還包含排列在其上安置有所述導(dǎo)電或部分導(dǎo)電涂層的所述基底上的至少一個(gè)磁極片。
26．根據(jù)權(quán)利要求25的MR傳感器，其中所述至少一個(gè)磁極片包含排列在所述至少二個(gè)導(dǎo)電或部分導(dǎo)電涂層區(qū)域的至少一個(gè)區(qū)域上的電淀積的磁極片材料區(qū)域，所述電淀積的磁極片材料區(qū)域相對于所述至少二個(gè)電阻器定位，使電淀積的磁極片材料的所述區(qū)域起到將磁場聚焦在所述至少二個(gè)電阻器上而不會將所述至少二個(gè)電阻器屏蔽于該磁場的作用。
27．根據(jù)權(quán)利要求26的MR傳感器，其中所述至少一個(gè)磁極片元件沿其軸將磁場聚焦在所述至少二個(gè)電阻器上。
28．根據(jù)權(quán)利要求25的MR傳感器，其中所述至少一個(gè)磁極片包含選自鎳-鐵、鈷-鐵、和它們的化合物構(gòu)成的組的導(dǎo)磁材料。
29．根據(jù)權(quán)利要求25的MR傳感器，其中所述至少一個(gè)磁極片的厚度約為0.5-5μm，并包含至少一層厚度約為0.5-5μm的選自鉻、鉑、金、鈀、銀、銅、以及它們的合金和化合物構(gòu)成的組的金屬材料；以及至少一層大約15-30的排列在所述至少一個(gè)金屬材料層上的電淀積的選自鐵、鎳、銅、鈷、以及它們的合金和化合物的鐵磁材料層。
30．根據(jù)權(quán)利要求12的MR傳感器，其中當(dāng)在1KHz的頻率下使用霍爾探針并施加大約10ma的恒定電流時(shí)，所述傳感器具有大約1高斯的實(shí)測磁滯和大約500-3000歐姆的實(shí)測電阻。
31．一種MR傳感器，它包含其上排列有至少二個(gè)由氧化銦錫涂層組成的小于大約2000的區(qū)域的平板玻璃，所述涂層具有大約10-100歐姆/方的電阻率；以及至少二個(gè)互連的電阻器，其中各個(gè)所述至少二個(gè)電阻器包含至少一層排列在所述至少二個(gè)氧化銦錫涂層區(qū)域之一上的大約0.5-2μm的電淀積的銅，所述電淀積的銅至少被基本上永久固定在其上；以及大約10-100層排列在所述銅上的電淀積的坡莫合金，各個(gè)層的厚度約為15-30；以及至少一個(gè)磁極片，它包含排列在至少一個(gè)氧化銦錫涂層區(qū)域上的電淀積磁極片材料區(qū)域，所述電淀積磁極片材料區(qū)域相對于所述至少二個(gè)電阻器定位，使所述磁極片將磁場沿其軸聚焦在所述至少二個(gè)電阻器上而不會將所述至少二個(gè)電阻器屏蔽于該磁場。
32．根據(jù)權(quán)利要求31的MR傳感器，其中各個(gè)所述至少二個(gè)電阻器，被構(gòu)造成線寬約為15-25μm的線性圖形。
33．一種MR傳感器，它包含其上排列有至少二個(gè)電互連的矩形電阻器的絕緣基底，各個(gè)所述至少二個(gè)電阻器包含由其上排列有至少一層約為0.5-2μm的至少基本上永久固定于其上的電淀積金屬材料以及至少一層排列在金屬材料上的約為15-30的鐵磁材料的導(dǎo)電或部分導(dǎo)電涂層組成的小于2000的線性圖形，其中所述線性圖形由大約15-25μm的線寬組成。
34．根據(jù)權(quán)利要求33的MR傳感器，其中所述線性圖形的給定部分與另一個(gè)給定部分分隔開大約2-20μm的距離。
35．一種用來探測磁場變化的巨磁阻器件，它包含其上排列有至少一個(gè)由導(dǎo)電或部分導(dǎo)電涂層組成的小于大約2000的區(qū)域的絕緣基底，所述涂層具有大約10-100歐姆/方的電阻率；以及至少一個(gè)電阻器區(qū)域，它包含至少一層排列在各個(gè)所述至少一個(gè)導(dǎo)電或部分導(dǎo)電涂層區(qū)域上的大約0.5-1.0μm的電淀積的金屬材料，所述電淀積的金屬材料至少被基本上永久固定在其上；以及至少一個(gè)排列在所述至少一層電淀積的金屬材料上的雙層，各個(gè)所述至少一個(gè)雙層包含至少一層大約20-30的電淀積的鐵磁材料以及至少一層大約8-13的電淀積的非鐵磁材料。
36．根據(jù)權(quán)利要求35的巨磁阻器件，其中的絕緣基底是厚度約為0.8-2.0μm的平板玻璃。
37．根據(jù)權(quán)利要求36的巨磁阻器件，其中的導(dǎo)電或部分導(dǎo)電涂層選自氧化銦錫(ITO)、氧化銦和氧化錫構(gòu)成的組。
38．根據(jù)權(quán)利要求35的巨磁阻器件，其中的基底選自不銹鋼、砷化鎵和摻雜的硅構(gòu)成的組。
39．根據(jù)權(quán)利要求37的巨磁阻器件，其中的部分導(dǎo)電的涂層是氧化銦錫。
40．根據(jù)權(quán)利要求35的巨磁阻器件，其中的金屬材料選自鉻、鉑、金、鈀、銀、銅、鋁、鈦以及它們的合金和化合物構(gòu)成的組。
41．根據(jù)權(quán)利要求40的巨磁阻器件，其中的金屬材料是銅。
42．根據(jù)權(quán)利要求35的巨磁阻器件，其中有大約30-600個(gè)排列在所述電淀積的金屬材料層上的雙層。
43．根據(jù)權(quán)利要求35的巨磁阻器件，其中在各個(gè)所述至少一個(gè)雙層中，有大約5-15個(gè)電淀積的鐵磁材料層。
44．根據(jù)權(quán)利要求35的巨磁阻器件，其中在各個(gè)所述至少一個(gè)雙層中，有大約3-10個(gè)電淀積的非鐵磁材料層。
45．根據(jù)權(quán)利要求35的巨磁阻傳感器，其中所述鐵磁材料包含選自鐵、鎳、銅、鈷以及它們的合金和化合物構(gòu)成的組中的一個(gè)。
46．根據(jù)權(quán)利要求45的巨磁阻傳感器，其中所述合金選自Co-Ni-Cu、Ni-Cu、Ni-Fe、Co-Fe、Co-Ni、Co-Pt、Fe-Rh、以及它們的化合物構(gòu)成的組。
47．一種GMR傳感器，它包含其上排列有至少二個(gè)由導(dǎo)電或部分導(dǎo)電涂層組成的厚度小于大約2000的區(qū)域的絕緣基底，所述涂層具有大約10-100歐姆/方的電阻率；以及至少二個(gè)電互連的電阻器，其中各個(gè)所述至少二個(gè)電阻器包含至少一層排列在各個(gè)所述至少二個(gè)導(dǎo)電或部分導(dǎo)電涂層區(qū)域上的大約0.5-1.0μm的電淀積的金屬材料，所述電淀積的金屬材料至少被基本上永久固定在其上；以及至少一個(gè)雙層，它包含至少一層與大約20-30的電淀積的非鐵磁材料交替排列在所述金屬層上的大約20-30的電淀積的鐵磁材料。
48．根據(jù)權(quán)利要求47的GMR傳感器，其中的基底選自平板玻璃、不銹鋼、砷化鎵和摻雜的硅構(gòu)成的組。
49．根據(jù)權(quán)利要求47的GMR傳感器，其中的部分導(dǎo)電涂層選自氧化銦錫(ITO)、氧化銦和氧化錫構(gòu)成的組。
50．根據(jù)權(quán)利要求48的GMR傳感器，其中的絕緣基底是厚度約為0.8-2.0μm的平板玻璃，而部分導(dǎo)電涂層是厚度約為0.2-2.0μm而電阻率約為10-100歐姆/方的氧化銦鈦。
51．根據(jù)權(quán)利要求47的GMR傳感器，包含4個(gè)磁阻區(qū)域，其中所述4個(gè)磁阻區(qū)域中的二個(gè)位于所述基底上。
52．根據(jù)權(quán)利要求51的GMR傳感器，其中4個(gè)電阻器被電互連成惠斯登電橋結(jié)構(gòu)。
53．根據(jù)權(quán)利要求47的GMR傳感器，其中的金屬材料選自鉻、鉑、金、鈀、銀、銅以及它們的合金和化合物構(gòu)成的組。
54．根據(jù)權(quán)利要求53的GMR傳感器，其中的金屬材料是銅。
55．根據(jù)權(quán)利要求47的GMR傳感器，其中的非鐵磁材料選自鉻、鉑、金、鈀、銀、銅以及它們的合金和化合物構(gòu)成的組。
56．根據(jù)權(quán)利要求53的GMR傳感器，其中的金屬材料是銅。
57．根據(jù)權(quán)利要求47的GMR傳感器，其中有大約10-100個(gè)由選自鐵、鎳、銅、鈷以及它們的合金和化合物構(gòu)成的組中的一個(gè)組成的鐵磁材料層。
58．根據(jù)權(quán)利要求57的GMR傳感器，其中的鐵磁材料包含鎳。
59．根據(jù)權(quán)利要求57的GMR傳感器，其中的鐵磁材料包含鐵。
60．根據(jù)權(quán)利要求57的GMR傳感器，其中的合金包含坡莫合金。
61．根據(jù)權(quán)利要求47的巨磁阻器件，還包含排列在其上安置有所述導(dǎo)電或部分導(dǎo)電涂層的所述基底上的至少一個(gè)磁極片。
62．根據(jù)權(quán)利要求61的巨磁阻器件，其中所述至少一個(gè)磁極片包含排列在所述至少二個(gè)導(dǎo)電或部分導(dǎo)電區(qū)域的至少一個(gè)區(qū)域上的電淀積的磁極片材料區(qū)域，所述電淀積的磁極片材料區(qū)域相對于所述至少二個(gè)電阻器定位，使電淀積的磁極片材料的所述區(qū)域起到將磁場聚焦在所述至少二個(gè)電阻器上而不會將所述至少二個(gè)電阻器屏蔽于該磁場的作用。
63．根據(jù)權(quán)利要求62的巨磁阻器件，其中所述至少一個(gè)磁極片元件沿其軸將磁場聚焦在所述至少二個(gè)電阻器上。
64．根據(jù)權(quán)利要求61的巨磁阻器件，其中所述至少一個(gè)磁極片包含選自鎳-鐵、鈷-鐵以及它們的化合物構(gòu)成的組的導(dǎo)磁材料。
65．根據(jù)權(quán)利要求61的巨磁阻器件，其中所述至少一個(gè)磁極片包含至少一層厚度約為0.5-1.0μm的選自鉻、鉑、金、鈀、銀、銅以及它們的合金和化合物構(gòu)成的組的金屬材料；以及排列在所述至少一層金屬材料上的至少一層厚度約為20-30的選自鐵、鎳、銅、鈷以及它們的合金和化合物構(gòu)成的組的電淀積的鐵磁材料。
66．根據(jù)權(quán)利要求47的巨磁阻器件，其中當(dāng)使用霍爾探針并在1KHz的頻率下施加大約10ma的恒定電流進(jìn)行測量時(shí)，所述傳感器具有大約2-50高斯的實(shí)測磁滯和大約50-2千歐姆的實(shí)測電阻。
67．一種GMR傳感器，它包含其上排列有至少二個(gè)由氧化銦錫涂層組成的小于大約2000的區(qū)域的平板玻璃，所述涂層具有大約10-100歐姆/方的電阻率；以及4個(gè)電互連的電阻器，其中各個(gè)所述4個(gè)電阻器中的至少二個(gè)包含至少一層排列在各個(gè)所述至少二個(gè)氧化銦錫涂層區(qū)域上的大約0.5-1.0μm的電淀積的銅，所述電淀積的銅至少被基本上永久固定在其上；以及大約10-100層約20-30的排列在所述銅上的電淀積的坡莫合金；以及至少一個(gè)磁極片，它包含排列在至少一個(gè)氧化銦錫涂層區(qū)域上的電淀積的磁極片材料區(qū)域，所述電淀積磁極片材料區(qū)域相對于所述至少二個(gè)電阻器定位，使所述磁極片將磁場沿其軸聚焦在所述至少二個(gè)電阻器上而不會將所述至少二個(gè)電阻器屏蔽于該磁場。
68．一種GMR傳感器，它包含其上排列有至少二個(gè)電互連的矩形電阻器的絕緣基底，所述各個(gè)至少二個(gè)電阻器包含小于2000的由其上排列有至少一層約為0.5-1.0μm的至少基本上永久固定于其上的電淀積金屬材料以及至少一層排列在金屬材料上的約為20-30的鐵磁材料的導(dǎo)電或部分導(dǎo)電涂層組成的線性圖形。
69．一種將磁阻材料電淀積到絕緣基底上并至少基本上永久固定于其上的方法，它包含下列步驟提供其上具有厚度約為0.2-2.0μm的導(dǎo)電或部分導(dǎo)電涂層的絕緣基底；將至少一個(gè)第一金屬材料層電淀積到所述導(dǎo)電或部分導(dǎo)電涂層的至少一個(gè)區(qū)域上，所述至少一個(gè)第一層的厚度約為0.5-2.0μm；從所述導(dǎo)電或部分導(dǎo)電涂層清除所述第一金屬材料層；在清除所述第一層之后，將厚度約為0.5-2.0μm的第二金屬材料層電淀積到導(dǎo)電或部分導(dǎo)電涂層的所述至少一個(gè)區(qū)域上；以及將至少一層鐵磁材料電淀積到所述第二金屬材料層上，各個(gè)所述至少一層的厚度約為。
70．根據(jù)權(quán)利要求69的方法，其中所述清除所述第一金屬材料層的步驟借助于將其剝離而完成。
71．根據(jù)權(quán)利要求69的方法，還包含為電淀積步驟提供磁場環(huán)境。
72．根據(jù)權(quán)利要求71的方法，其中所述磁場約為500-2000高斯。
73．根據(jù)權(quán)利要求69的方法，其中所述金屬材料選自鉻、鉑、金、鈀、銀、銅以及它們的合金和化合物構(gòu)成的組。
74．根據(jù)權(quán)利要求73的方法，其中所述金屬材料是銅。
75．根據(jù)權(quán)利要求69的方法，其中所述絕緣基底上的所述導(dǎo)電或部分導(dǎo)電的涂層選自氧化銦錫(ITO)、氧化銦和氧化錫構(gòu)成的組。
76．根據(jù)權(quán)利要求75的方法，其中所述導(dǎo)電或部分導(dǎo)電涂層是電阻率約為10-100歐姆/方的氧化銦錫。
77．根據(jù)權(quán)利要求69的方法，其中的絕緣基底是厚度約為0.8-2.0μm的平板玻璃，而部分導(dǎo)電的涂層是厚度約為0.2-2.0μm而電阻率約為10-100歐姆/方的氧化銦鈦。
78．根據(jù)權(quán)利要求69的方法，從其中包含鐵、鎳、銅、鈷以及它們的合金和化合物構(gòu)成的組中的至少一個(gè)的電解液執(zhí)行電淀積鐵磁材料的步驟。
79．根據(jù)權(quán)利要求69的方法，其中至少一層磁阻材料包括鎳。
80．根據(jù)權(quán)利要求69的方法，其中的絕緣基底是玻璃。
81．根據(jù)權(quán)利要求69的方法，其中的導(dǎo)電涂層是氧化銦錫。
82．根據(jù)權(quán)利要求69的方法，還包含淀積磁極片元件的步驟。
83．根據(jù)權(quán)利要求82的方法，其中的磁極片元件沿磁極片的軸聚焦磁場。
84．一種用來探測磁場變化的器件，它包含具有氧化銦錫(ITO)導(dǎo)電涂層的絕緣玻璃基底上的4個(gè)銅區(qū)域，其中4個(gè)磁性材料區(qū)域被連接成惠斯登電橋結(jié)構(gòu)。
85．一種用來生產(chǎn)傳感器的方法，它包含提供其上排列有導(dǎo)電或部分導(dǎo)電涂層的絕緣基底；將一層大約0.5-2.0μm的銅至少基本上永久固定在導(dǎo)電或部分導(dǎo)電涂層上；將至少一層大約15-30的鐵磁材料電淀積到銅層上；腐蝕掉至少部分鐵磁材料以及其下方的銅層和導(dǎo)電或部分導(dǎo)電的涂層，從而形成至少二個(gè)空間上分隔開的活性材料區(qū)域；以及將各個(gè)所述至少二個(gè)活性材料區(qū)域互連成電橋結(jié)構(gòu)。
86．根據(jù)權(quán)利要求85的方法，其中基底的厚度約為0.8-2μm。
87．根據(jù)權(quán)利要求85的方法，其中的導(dǎo)電或部分導(dǎo)電涂層選自氧化銦錫(ITO)、氧化銦和氧化錫構(gòu)成的組。
88．根據(jù)權(quán)利要求85的方法，其中的部分導(dǎo)電涂層是氧化銦錫。
89．根據(jù)權(quán)利要求85的方法，其中將至少一層鐵磁材料電淀積到銅層上的步驟包含電淀積大約10-100層包含選自鐵、鎳、銅、鈷以及它們的合金和化合物構(gòu)成的組中的一個(gè)的鐵磁材料。
90．根據(jù)權(quán)利要求89的方法，其中的鐵磁材料包含鎳。
91．根據(jù)權(quán)利要求89的方法，其中的合金包含坡莫合金。
92．根據(jù)權(quán)利要求85的方法，還包含在所述基底上至少制作一個(gè)磁極片。
93．根據(jù)權(quán)利要求92的方法，其中制作所述至少一個(gè)磁極片包含在所述導(dǎo)電或部分導(dǎo)電涂層上形成電淀積的磁極片材料區(qū)域，所述電淀積的磁極片材料區(qū)域被定位成使所述磁極片材料區(qū)域起到將施加到器件上的磁場聚焦到所述至少一個(gè)磁阻區(qū)域上而不會使所述至少一個(gè)活性區(qū)屏蔽于該磁場的作用。
94．根據(jù)權(quán)利要求93的方法，其中所述至少一個(gè)磁極片元件沿其軸將磁場聚焦到所述至少一個(gè)活性區(qū)上。
95．根據(jù)權(quán)利要求93的方法，其中所述磁極片是導(dǎo)磁的并選自鎳-鐵、鈷-鐵、以及它們的化合物構(gòu)成的組。
96．一種制作用來探測磁場變化的巨磁阻器件的方法，它包含提供其上排列有至少一個(gè)由導(dǎo)電或部分導(dǎo)電涂層組成的小于大約2000的區(qū)域的絕緣基底，所述涂層具有大約10-100歐姆/方的電阻率；以及制作至少一個(gè)電阻器區(qū)域，它包含至少一層排列在各個(gè)所述至少一個(gè)導(dǎo)電或部分導(dǎo)電涂層區(qū)域上的大約0.5-1.0μm的電淀積的金屬材料，所述電淀積的金屬材料至少被基本上永久固定在其上；以及至少一個(gè)排列在所述至少一層電淀積的金屬材料上的雙層，各個(gè)所述至少一個(gè)雙層包含至少一層大約20-30的電淀積的鐵磁材料和至少一層大約8-13的電淀積的非鐵磁材料。
97．根據(jù)權(quán)利要求96的方法，其中的絕緣基底是厚度約為0.8-2.0μm的平板玻璃。
98．根據(jù)權(quán)利要求96的方法，其中的導(dǎo)電或部分導(dǎo)電涂層選自氧化銦錫(ITO)、氧化銦和氧化錫構(gòu)成的組。
99．根據(jù)權(quán)利要求96的方法，其中的基底選自不銹鋼、砷化鎵和摻雜的硅構(gòu)成的組。
100．根據(jù)權(quán)利要求98的方法，其中的部分導(dǎo)電涂層是氧化銦錫。
101．根據(jù)權(quán)利要求96的方法，其中的金屬材料選自鉻、鉑、金、鈀、銀、銅、鋁、鈦以及它們的合金和化合物構(gòu)成的組。
102．根據(jù)權(quán)利要求101的方法，其中的金屬材料是銅。
103．根據(jù)權(quán)利要求96的方法，其中有大約30-100個(gè)排列在所述電淀積的金屬材料層上的雙層。
104．根據(jù)權(quán)利要求96的方法，其中所述鐵磁材料包含選自鐵、鎳、銅、鈷以及它們的合金和化合物構(gòu)成的組的一個(gè)。
105．根據(jù)權(quán)利要求104的方法，其中所述合金選自Co-Ni-Cu、Ni-Cu、Ni-Fe、Co-Fe、Co-Ni、Co-Pt、Fe-Rh、以及它們的化合物構(gòu)成的組。
106．根據(jù)權(quán)利要求105的方法，其中的鐵磁材料包含Co-Ni。
107．根據(jù)權(quán)利要求105的方法，其中的鐵磁材料包含Co-Ni-Cu。
108．根據(jù)權(quán)利要求96的方法，其中的非鐵磁材料包含選自銅、銀、鉑、鈀、鈦、鉻、銠、以及它們的化合物構(gòu)成的組中的一個(gè)。
109．根據(jù)權(quán)利要求96的方法，還包含制作排列在所述基底上的至少一個(gè)磁極片。
110．根據(jù)權(quán)利要求109的方法，其中制作所述至少一個(gè)磁極片包含制作排列在所述導(dǎo)電或部分導(dǎo)電涂層上的電淀積的磁極片材料區(qū)域，所述電淀積的磁極片材料區(qū)域相對于所述至少一個(gè)磁阻區(qū)域定位，使所述磁極片材料區(qū)域起到將施加到器件上的磁場聚焦到所述至少一個(gè)磁阻區(qū)域上而不會使所述至少一個(gè)磁阻區(qū)屏蔽于該磁場的作用。
全文摘要
公開了一種磁阻傳感器(30)和一種用電化學(xué)淀積來生產(chǎn)磁阻傳感器(30)的方法。用導(dǎo)電涂層(12)涂敷絕緣基底(11),以準(zhǔn)備電化學(xué)淀積、電鍍用的絕緣基底。導(dǎo)電涂層(112)稍后被圖形化,以防止金屬區(qū)短路。用金屬層(131)和磁性合金對導(dǎo)電涂層進(jìn)行電鍍。對此層進(jìn)行腐蝕以形成4個(gè)被互連成惠斯登電橋(473)結(jié)構(gòu)的分隔開的區(qū)域,以便形成能夠探測外加磁場(100)變化的傳感器。在某些實(shí)施例中,為了提高傳感器的靈敏度,各個(gè)磁性層被非磁性層(114)分隔開。在其它的實(shí)施例中,增加了磁極片元件,以便將磁場聚焦到4個(gè)區(qū)域中的二個(gè)上。
文檔編號H01F10/16GK1319225SQ99811240
公開日2001年10月24日 申請日期1999年9月24日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月24日
發(fā)明者格倫·L·比內(nèi), 戴維·S·拉什莫爾, 華雄鹿(音譯) 申請人:材料革新公司