专利名称：一种用于交换偏置型磁电阻传感器元件的多层膜材料的制作方法
技术领域：
本发明属于磁电阻传感器技术领域，特别是提供一种交换偏置型磁电阻传感器元件。 技术背景利用各向异性磁电阻效应(Anisotropic Magnetoresistance， AMR)可制作磁栅尺位移传 感器、磁电子罗盘、速度传感器、电流传感器等等。AMR传感器可用于无接触测量， 而且响应速度快、功耗小、温度稳定性好等。目前常用的AMR传感器主要是Ta/NiFe/Ta薄膜，其优点是灵敏度高，缺点是磁电阻比 值(3%)和饱和场(lOOe)都较小，不适于在较高磁场(100—200Oe)下使用。而本 发明中的Ta/NiCo/Ta薄膜材料具有高的磁电阻比值(4.6%)和大的饱和场(40Oe), 可以弥补Ta/NiFe/Ta薄膜材料的不足(张辉，滕蛟，马纪东，于广华，胡强.Ta种子层厚 度及溅射速率对Ta/Ni65Co35双层膜各向异性磁电阻和矫顽力的影响.北京科技大学学报， 2005, 27, 458-46)。因此，它们是具有不同用途的两种AMR材料。对于基于Ta/NiFe/Ta薄膜材料的AMR传感器，为改善传感器性能，还需采用措施使元 件保持为单畴状态，方法主要有Barber Pole偏置方法。采用Barber Pole导电斜条产生的磁场来保持单畴状态。该方法工 艺简单有效，缺点是对短的元件效果不大，而且对于低功耗要求的传感器则不能采用。硬磁稳定场方法。在元件两端放置两个硬磁块，利用这两个硬磁块之间的磁场使元件保 持单畴态，缺点是硬磁块易退磁，而且工艺复杂，比Barber Pole偏置方法多至少一次曝 光刻蚀过程，硬;兹块之间的i兹场要经过多次实验进行优化。(Mapps D J. Magnetoresistive sensors. Sensors and Actuators A, 1997, 59: 9 - 19 )在本发明中，为使元件保持单畴状态，只需插入一层FeMn薄膜即可。和Barber Pole偏 置方法相比，制造工艺基本一致，但对工艺的要求降低；和硬磁稳定场方法相比，则减 少了至少一次曝光刻蚀过程和相应的优化实验。因此，工艺比前两种方法简单
发明内容
本发明的目的在于克服以上缺点而提供的一种用于交换偏置型磁电阻传感器元件的多 层膜材料。一种用于交换偏置型磁电阻传感器元件的多层膜材料，其是Ta/NiCo/Ta多层膜中插入 FeMn层制得Ta/NiCo/FeMn/Ta多层膜材料。进一步，上述的用于交换偏置型磁电阻传感器元件的多层膜材料，NiCo合金成分为 Ni65Co35,厚度为10- 500nm;一种交换偏置型磁电阻传感器元件，其包含上述的多层膜材料。最后，上述的交换偏置型磁电阻传感器元件，通过磁控溅射在所述的Ta/NiCo/FeMn/Ta 多层膜结构元件上沉积一层Au电极薄膜，厚度为10-2000nm，经光学曝光、离子刻蚀 后制得Au电极层。本发明的具体方法如下采用磁控賊射方法在Si片上制备Ta/NiCo/FeMn/Ta多层膜，制备过程中使用循环水冷 却。靶材为Ta、 NiCo、 FeMn靶。成膜时，在平行于Si片表面方向加有16kA/m的诱导 磁场，Si片以20转/秒的速度旋转。本底真空优于5 x 10 —5Pa,溅射气压为0.3Pa。薄膜 厚度由溅射时间控制。溅射速率为0.10-0.15 nm/s。经过涂胶、紫外曝光和离子刻蚀，得 到Ta/NiCo/FeMn/Ta多层膜结构元件。还有，采用磁控溅射方法在Ta/NiCo/FeMn/Ta多层膜结构元件上沉积Au薄膜，制备过 程中使用循环水冷却。靶材为Au靶。成膜时，Si片以20转/秒的速度旋转。本底真空 优于1x10—4Pa,溅射气压为0.3Pa。薄膜厚度由溅射时间控制。溅射速率分别为0.15 nm/s。经过涂胶、紫外曝光和离子刻蚀，得到Au电极层。至此，制得磁电阻传感器元 件。在本发明中，MCo合金成分为Ni6sC035,厚度为10 - 500nm; FeMn合金成分为Fe5()Mn50, 为反铁磁性合金，其厚度为5 -200nm, Ta层厚度为2 - 10nm, Au电极层厚度为10-2000亂
本发明是在传统的Ta/NiCo/Ta多层膜中插入FeMn层制得Ta/NiCo/FeMn/Ta多层膜材 料。采用Ta层作种子层，可以使NiCo具有很强的NiCo (111)织构、大的晶粒尺寸、 高的磁电阻比值和好的磁性能。同时在该NiCo层上沉积FeMn层，不会影响NiCo的性 能和4鼓结构，还可制得具有强FeMn (1 1 1)织构的FeMn层，进而得到大的交换偏置 场。本发明优点在于输出信号大，磁滞小，重复性好；热稳定性好；适合较高磁场应用； 结构及工艺简单。
图1给出了本发明中磁电阻传感器元件的结构图，1为Au电极层，在磁电阻传感器元 件条的两端，可接恒流源或恒压源，2为Ta层，3为FeMn层，4为NiCo层，5为Ta 层，6为Si片。
具体实施方式
利用》兹控賊射方法在干净的Si基片上5冗积Ta ( 5nm) /NiCo ( 20nm) /FeMn ( 10nm) /Ta (5nm)多层膜，沉积过程中平行膜面方向加有16kA/m的取向磁场。经过涂胶、 紫外曝光和离子刻蚀，得到Ta/NiCo/FeMn/Ta多层膜元件。然后在 Ta/NiCo/FeMn/Ta多层膜元件上沉积一层200nm厚的Au薄膜，经过涂胶、紫外曝 光和离子刻蚀，得到Au电极层。至此，制得交换偏置型磁电阻传感器元件。
权利要求
1、一种用于交换偏置型磁电阻传感器元件的多层膜材料，其特征是Ta/NiCo/Ta多层膜中插入FeMn层制得Ta/NiCo/FeMn/Ta多层膜材料。
2、 按照权利要求1所述的一种用于交换偏置型磁电阻传感器元件的多层膜材料，其特 征是所述的NiCo合金成分为Ni65Co35。
3、 一种用于交换偏置型磁电阻传感器元件，其特征是包含权利要求1或2所述的所述 多层膜材料。
4、 按照权利要求3所述的一种交换偏置型磁电阻传感器元件，其特征在于通过磁控 賊射在所述的Ta/NiCo/FeMn/Ta多层膜结构元件上沉积一层Au电极薄膜，厚度为10 -2000nm,经光学曝光、离子刻蚀后制得Au电极层。
全文摘要
本发明提供了一种用于交换偏置型磁电阻传感器元件的多层膜材料，Ta/NiCo/Ta多层膜中插入FeMn层制得Ta/NiCo/FeMn/Ta多层膜材料，磁电阻传感器元件由Ta/NiCo/FeMn/Ta多层膜结构元件和Au电极层构成，NiCo合金的成分为Ni<sub>65</sub>Co<sub>35</sub>，FeMn合金成分为Fe<sub>50</sub>Mn<sub>50</sub>，为反铁磁性合金。该方法通过NiCo/FeMn界面产生的交换偏置场来减小磁电阻传感器元件的磁滞。该方法结构及工艺简单，成本低，适于较高磁场使用。
文档编号H01L43/00GK101150171SQ200710177709
公开日2008年3月26日 申请日期2007年11月20日 优先权日2007年11月20日
发明者雷 丁, 于广华, 辉 张, 蛟 滕, 乐 王, 王立锦 申请人:北京科技大学