专利名称：包含扩散阻挡层的各向异性磁电阻材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种磁电阻材料，具体涉及基于NiFe磁性层的各向异性磁电阻材料。
背景技术：
各向异性磁电阻(AMR)是指其中电流与磁化强度相对取向改变而导致铁磁金属 电阻率发生变化。由于AMR薄膜具有高的磁场灵敏度，因此被广泛应用于制作各种磁场传 感器。在各种AMR薄膜材料中，NiFe(其中Ni，Fe重量比为80+S : 20-S ， | S |《10)具
有较大的磁电阻值，较低的磁晶各向异性能和矫顽力，较小的磁致伸縮效应等，因此成为综 合性能最佳并且应用最广泛的AMR材料。 一般来说，对制备态的AMR薄膜进行高温退火有 利于减小膜内应力，促使晶粒长大，改善结构的完整性，从而提高AMR值。但是AMR材料最 常用的缓冲层及保护层材料Ta经过高温退火以后和NiFe发生相互扩散，将严重破坏磁性 层的AMR性能。 现有技术中，还有人利用NiFeCr合金作为缓冲层来避免扩散，利用NiFeCr合金来 作为缓冲层一般采用合金靶或复合靶两种方式进行加工，但无论利用哪种方式，其工艺均 相对复杂，不利于实际操作。而且，利用NiFeCr合金作为缓冲层所得的磁电阻材料矫顽力 较大，这对其具体应用产生了很大的限制。
发明内容
针对以上不足，本发明提供了一种新的AMR薄膜材料。本发明所提供的材料在传 统的AMR材料Ta/NiFe/Ta基础上，在Ta和NiFe之间添加一定厚度的Pt作为扩散阻挡层， 通过插入扩散阻挡层，有效抑制了高温退火时Ta和NiFe层之间的相互扩散。而且本发明采 用Pt作为扩散阻挡层，从而避免使用复杂的缓冲层材料，工艺简单，具有极好的热稳定性， 非常适合于实际操作。并且，本发明所提供的各向异性磁电阻薄膜材料矫顽力小。这一材 料可应用于磁场传感器系统中。 本发明提供一种各向异性磁电阻材料，包括一基片和基片上依次设置的 缓冲层； 第一扩散阻挡层； 磁性层； 第二扩散阻挡层； 保护层； 其中，所述第一扩散阻挡层用于阻止所述缓冲层的材料与所述磁性层的材料之间 相互扩散，所述第二扩散阻挡层用于阻止所述保护层的材料与所述磁性层的材料之间的相 互扩散。 上述的各向异性磁电阻材料，其中，所述第一扩散阻挡层、第二扩散阻挡层的材料 为Pt。 上述的各向异性磁电阻材料，其中，所述第一扩散阻挡层的厚度在1.0-2.5nm之
3间。 上述的各向异性磁电阻材料，其中，所述第二扩散阻挡层的厚度在1.0-2.5nm之间。 上述的各向异性磁电阻材料，其中，所述第一扩散阻挡层、第二扩散阻挡层的厚度 为1. 2nm。 上述的各向异性磁电阻材料，其中，所述磁性层的材料为NiFe合金，其中Ni，Fe重 量比为80+S : 20-S ， | S |《10。 上述的各向异性磁电阻材料，其中，磁性层厚度在5-40nm之间。 上述的各向异性磁电阻材料，其中，所述基片材料选自热氧化的硅或玻璃的一种。 上述的各向异性磁电阻材料，其中，缓冲层及保护层材料为Ta。 另外，本发明还提供一种制备各向异性磁电阻的方法，包括用磁控溅射方法在热
氧化的硅基片上依次镀上缓冲层、第一 Pt扩散阻挡层、磁性层、第二 Pt扩散阻挡层和保护
层6，其中所述第一 Pt扩散阻挡层、第二 Pt扩散阻挡层的厚度在1. 0-2. 5nm之间。
图1是本发明的磁电阻材料一个实例的样品结构示意图
图2是图1所示实例中的样品在制备态下，以及退火以后的磁电阻曲线。
图3是本发明另一个实例的样品在制备态下，以及退火以后的磁电阻曲线。
图4是本发明又一个实例的样品在制备态下，以及退火以后的磁电阻曲线。
具体实施例方式
图1中所示为本发明的磁电阻材料的一个优选实例。如图所示，本例中的磁电阻 材料包括顺序设置的热氧化的硅基片1、Ta缓冲层2、第一 Pt扩散阻挡层3、Ni81Fe19磁性层 4、第二 Pt扩散阻挡层5和Ta保护层6。本例中，Ta缓冲层2的厚度约为4nm，第一 Pt扩散 阻挡层3的厚度约为1. 2nm，磁性层4的厚度约为15nm，第二 Pt扩散阻挡层5的厚度约为 1. 2nm，保护层6的厚度约为4nm。本发明中，Ni， Fe重量比为80+S : 20-S ， | S |《10。
本发明的磁电阻材料的制备方法为用磁控溅射方法在热氧化的硅基片上依次镀 上Ta (4nm) 、 Pt (1. 2nm) 、 Ni81Fe19 (15nm) 、 Pt (1. 2nm) 、 Ta (4nm)，以上各层分别对应于前述的 Ta缓冲层2、第一 Pt扩散阻挡层3、Ni81Fe19磁性层4、第二 Pt扩散阻挡层5和Ta保护层6。
通常情况下，需要对上述材料在制备态下进行高温退火，而进行高温退火时容易 导致Ta层和Ni81Fe19层之间的相互扩散，而本发明加入的Pt层可以有效地阻挡Ta和NiFe 之间的相互扩散。下面将结合图3中所测得的实验曲线来详细说明。 图2中的(a)和(b)分别是图1中所示实例的磁电阻材料在制备态下以及经过 35(TC，2小时真空退火以后，用四端法测得的磁电阻曲线，其中退火后AMR值为3. 3%，而制 备态下的AMR值为3. 2%，两者相比几乎没有改变。同时磁性测量表明，退火以后样品的磁 矩没有损耗。 虽然，上面的优选实例中采用的第一和第二扩散阻挡层的厚度为1.2nm，但是所 述第一和第二扩散阻挡层的厚度还可以是1. 0-2. 5nm之间的任意值，下面结合实例具体说 明。
实例2 本实例采用与实例1中相同的结构，只是将实例1中的第一和第二扩散阻挡层(Pt 层)的厚度改为1. 0nm。图3中的(a)和(b)分别是在制备态下以及经过350°C，2小时真 空退火以后，用四端法测得的磁电阻曲线，退火后AMR值为3.2X，而制备态下的AMR值为 3. 1%，两者相比几乎没有改变。
实例3 本实例采用与实例1中相同的结构，只是将实例1中的第一和第二扩散阻挡层(Pt 层)的厚度改为2. 0nm。图4中的(a)和(b)分别是在制备态下以及经过350°C，2小时真 空退火以后，用四端法测得的磁电阻曲线，退火前后AMR值都是3. 1%，在所测精确度范围 内可以认为没有改变。 同时磁性测量表明，以上三个实例中的样品退火以后磁矩没有损耗。而相同的样 品如果没有添加Pt层，经过同样的条件退火，AMR值由退火前的2.5X下降到1.7%，磁矩 损耗7. 9% ，说明Ta和NiFe之间已发生严重扩散。 这说明在加入Pt扩散阻挡层后，Ta和NiFe之间的扩散被有效抑制，而且本发明采 用Pt作为扩散阻挡层，从而避免使用复杂的缓冲层材料，工艺简单，具有极好的热稳定性， 非常适合于实际操作。 并且需要注意的是，通过对磁滞回线的测量，可以发现加入Pt扩散阻挡层以后， 磁电阻材料的矫顽力几乎不受影响。这是现有的采用NiFeCr合金作为缓冲层的磁电阻材 料无法比拟的。并且本发明所采用的扩散阻挡层本身在材料中的扩散也非常小。
当然，以上所给出的各层厚度仅是作为优选实施方案而给出的例子，根据具体应 用，磁电阻材料中各层的厚度可以适当改变。例如，第一、第二扩散阻挡层的厚度可以为在 1. 0-2. 5nm之间的任意值，磁性层的厚度可以为在5_40nm之间的任意值。本发明中使用热 氧化的硅作为基片，使用Ta作为缓冲层和保护层，但仅是作为本发明的一个特定实施例， 根据应用需要基片、缓冲层以及保护层的厚度和材料可以适应性改变，例如，基片还可以采 用玻璃。 最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参 照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方 案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明 的权利要求范围当中。
权利要求
一种各向异性磁电阻材料，包括一基片和基片上依次设置的缓冲层；第一扩散阻挡层；磁性层；第二扩散阻挡层；保护层；其中，所述第一扩散阻挡层用于阻止所述缓冲层的材料与所述磁性层的材料之间相互扩散，所述第二扩散阻挡层用于阻止所述保护层的材料与所述磁性层的材料之间的相互扩散。
2. 如权利要求1所述的各向异性磁电阻材料，其中，所述第一扩散阻挡层、第二扩散阻 挡层的材料为Pt。
3. 如权利要求2所述的各向异性磁电阻材料，其中，所述第一扩散阻挡层的厚度在 1. 0-2. 5nm之间。
4. 如权利要求2所述的各向异性磁电阻材料，其中，所述第二扩散阻挡层的厚度在 1. 0-2. 5nm之间。
5. 如权利要求2所述的各向异性磁电阻材料，其中，所述第一扩散阻挡层、第二扩散阻 挡层的厚度为1.2nm。
6. 如权利要求1所述的各向异性磁电阻材料，其中，所述磁性层的材料为NiFe合金，其 中Ni， Fe重量比为80+ S : 20- S ， | S |《10。
7. 如权利要求5所述的各向异性磁电阻材料，其中，磁性层厚度在5-40nm之间。
8. 如权利要求1所述的各向异性磁电阻材料，其中，所述基片材料选自热氧化的硅或 玻璃的一种。
9. 如权利要求1所述的各向异性磁电阻材料，其中，缓冲层及保护层材料为Ta。
10. —种制备各向异性磁电阻材料的方法，包括用磁控溅射方法在热氧化的硅基片 上依次镀上缓冲层、第一 Pt扩散阻挡层、磁性层、第二 Pt扩散阻挡层和保护层6，其中所述 第一 Pt扩散阻挡层、第二 Pt扩散阻挡层的厚度在1. 0-2. 5nm之间。
全文摘要
本发明涉及一种基于NiFe磁性层的各向异性磁电阻材料。这种薄膜系统是以NiFe作为磁性层，通过在缓冲层与磁性层之间，磁性层与保护层之间添加Pt作为扩散阻挡层，可以有效抑制高温下缓冲层及保护层材料Ta与NiFe之间的相互扩散。本发明的制备工艺简单稳定，非常适合实际操作，可应用于磁场传感器系统中。并且，本发明中添加Pt作为扩散阻挡层后，对材料的矫顽力基本没有影响，在实际应用中具有重要意义。
文档编号H01L43/08GK101740714SQ20081022660
公开日2010年6月16日 申请日期2008年11月17日 优先权日2008年11月17日
发明者刘奕帆, 蔡建旺 申请人:中国科学院物理研究所