一种用于磁敏传感器的磁性纳米多层膜及其制备方法
【专利摘要】一种用于磁敏传感器的磁性纳米多层膜及其制备方法，该磁性纳米多层膜包括由下至上依次叠合的基片、种子层、参考磁性层、中间层、探测磁性层和覆盖层，该参考磁性层用于将该探测磁性层的磁矩转动的信息转化成电信号，该探测磁性层用于感应被探测磁场，该磁性纳米多层膜为半开或闭合的环状结构以使该磁性纳米多层膜沿该环状结构的长度方向形成闭合磁路，该环状结构的宽度远小于该环状结构的边长，以利用该环状结构的形状各向异性和该闭合磁路使该探测磁性层的磁矩沿着该环状结构的边长方向。本发明还公开了该磁性纳米多层膜的制备方法。
【专利说明】一种用于磁敏传感器的磁性纳米多层膜及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及磁敏传感器领域，特别是一种基于不同几何形状的用于磁敏传感器的磁性纳米多层膜及其制备方法。
【背景技术】
[0002]磁敏传感器无论在数据存储、机械定位、速度检测还是无伤探测等各领域都有很广泛而重要的应用前景。早期的磁敏传感器主要是基于具有霍尔效应的半导体材料和具有磁各向异性磁电阻(AMR)效应的磁性材料来制备然而这两类材料的磁场灵敏度都较低。随着自旋电子学的发展，基于巨磁电阻效应以及隧穿磁电阻效应的磁敏传感器得到了广泛的研究和应用。其主要原因是由于这两类磁敏传感器的磁场灵敏度较高，并且基于磁电阻效应尤其是巨磁电阻效应和隧穿磁电阻效应制作的器件，其生产工艺能和常规的半导体工艺相兼容，因此在工业上具有非常大的市场和广泛的用途。
[0003]目前工业上大量应用的基于GMR和TMR两类磁电阻效应的磁敏传感器(比如:磁硬盘HDD中的磁读头)，基本上是采用埋入永磁薄膜的方法使得自旋阀结构中的自由层(即对外磁场敏感的层)与参考层(即被钉扎层)的磁矩实现90度垂直夹角，因而使自旋阀式的GMR纳米磁性多层膜或者磁性隧道结的磁电阻在外场下具有线性且无磁滞的响应。然而，在使用GMR自旋阀结构和磁性隧道结时需要埋入永磁薄膜的设计和制备方法大大增加了工艺难度和制造成本，而且很难将器件小型化。申请号为“200510135365”，名称为“一种环状磁性多层膜及其制备方法和用途”的中国发明专利申请所公开的环状磁性多层膜，其环状磁性多层膜的形状是圆环形状且必须是闭合的；申请号为“201010195799”，名称为“一种用于磁敏传感器的磁性纳米多层膜及其制造方法”的中国发明专利申请公开的磁性纳米多层膜，其调整两磁性层磁矩方向垂直的方法是在AFM和FM之间加入插入层来调节交换偏置的强度。虽然可简化制作工艺，降低制造成本，有利于器件单元的小型化，但无法避免杂散磁场的干扰，使得磁敏传感器的灵敏度受到一定影响。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种可有效降低杂散磁场以提高磁敏传感器的灵敏度的磁性纳米多层膜及其制备方法。
[0005]为了实现上述目的，本发明提供了一种用于磁敏传感器的磁性纳米多层膜，包括由下至上依次叠合的基片、种子层、参考磁性层、中间层、探测磁性层和覆盖层，所述参考磁性层用于将所述探测磁性层的磁矩转动的信息转化成电信号，所述探测磁性层用于感应被探测磁场，其中，所述磁性纳米多层膜为半开或闭合的环状结构以使所述磁性纳米多层膜沿所述环状结构的长度方向形成闭合磁路，所述环状结构的宽度远小于所述环状结构的边长，以利用所述环状结构的形状各向异性和所述闭合磁路使所述探测磁性层的磁矩沿着所述环状结构的边长方向。
[0006]上述的磁性纳米多层膜，其中，所述环状结构的宽度为Inm?10mm，所述环状结构的边长为IOnm~100mm。
[0007]上述的磁性纳米多层膜，其中，所述环状结构为半开或闭合的多边形、矩形、圆形或椭圆形。
[0008]上述的磁性纳米多层膜，其中，所述参考磁性层为直接钉扎结构或间接钉扎结构，所述探测磁性层为自由结构、直接钉扎结构或间接钉扎结构。
[0009]上述的磁性纳米多层膜，其中，所述间接钉扎结构包括AFM/NM/FM、AFM/匪1/FM1/NM2/FM2、AFM/NM/SAF 或 AFM/NM1/SAF1/NM2/SAF2，所述直接钉扎结构包括 AFM/FM、AFM/SAF或 AFM/SAF1/NM/SAF2。
[0010]上述的磁性纳米多层膜，其中，所述自由结构包括FM、SAF或SAF1/NM/SAF2。
[0011]上述的磁性纳米多层膜，其中，所述的SAF、SAFl及SAF2为人工反铁磁结构，该人工反铁磁结构包括FM1/NM/FM2或FMl/[NM/FM/NM]n/FM2，其中N≥1，所述FM1、FM2和/或FM的厚度为I~10nm，所述匪的厚度为0.3~5nm。
[0012]上述的磁性纳米多层膜，其中，所述环状结构为半开的矩形，所述半开的矩形包括顺序连接的三条整边和一条带缺口的边。
[0013]上述的磁性纳米多层膜，其中，所述探测磁性层及所述参考磁性层均为钉扎结构时，所述探测磁性层中的反铁磁性层的交换偏置强度低于所述参考磁性层中的反铁磁性层的交换偏置强度。
[0014]上述的磁性纳米多层膜，其中，所述探测磁性层及所述参考磁性层均为钉扎结构时，所述探测磁性层中的反铁磁性层的布洛赫温度低于所述参考磁性层中的反铁磁性层的布洛赫温度。
[0015]上述的磁性纳米多层膜，其中，所述探测磁性层和所述参考磁性层的磁矩夹角为
O。~360。。
[0016]为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种用于磁敏传感器的磁性纳米多层膜的制备方法，用于制造半开或闭合的环状结构的磁性纳米多层膜，其中，包括如下步骤:
[0017]S1、沉积形成包括由下至上依次叠合的基片、种子层、参考磁性层、中间层、探测磁性层和覆盖层的磁性纳米多层膜；
[0018]S2、在所述磁性纳米多层膜上通过光刻的方法加工出底电极；
[0019]S3、在所述底电极上加工出所需的半开或闭合的环状结构的磁性纳米多层膜；
[0020]S4、通过沉积金属和光刻工艺加工所述磁性纳米多层膜的顶电极；
[0021]S5、对步骤S4制备的磁性纳米多层膜进行真空带磁场退火处理。
[0022]上述的磁性纳米多层膜的制备方法，其中，在步骤S5中，所述退火处理包括:
[0023]S51、第一次退火，退火温度高于所述参考磁性层的布洛赫温度，所加的磁场方向垂直于所述磁性纳米多层膜的结区的长轴方向；
[0024]S52、第二次退火，退火温度低于所述参考磁性层的布洛赫温度，所加的磁场方向沿所述磁性纳米多层膜的结区的长轴方向。
[0025]上述的磁性纳米多层膜的制备方法，其中，在步骤S3中包括:
[0026]S31、在步骤SI沉积好的磁性纳米多层膜上涂上正性光刻胶，然后利用底电极的掩模版，进行接触式紫外曝光，再利用显影液进行显影，之后用Ar离子刻蚀刻到基片，得到底电极的形状；[0027]S32、在形成所述底电极的磁性纳米多层膜表面涂上光刻胶，再利用所需的半开或闭合的环状结构的所述磁性纳米多层膜的掩模版，进行曝光显影，最后进行Ar离子刻蚀，刻过所述探测磁性层得到所述磁性纳米多层膜的形状以使仅所述探测磁性层具有形状各向异性和闭合磁路结构，或刻过所述参考磁性层得到所述磁性纳米多层膜的形状以使所述探测磁性层和所述参考磁性层都具有形状各向异性和闭合磁路结构；
[0028]S33、利用磁控溅射沉积SiO2层，该SiO2层用于使多个所述磁性纳米多层膜之间相互绝缘及使所述底电极与即将沉积的顶电极相互绝缘；再把覆盖在所述磁性纳米多层膜上的所述正性光刻胶及所述SiO2层一同剥离，使所述磁性纳米多层膜的结区暴露。
[0029]本发明的技术效果在于:本发明的磁性纳米多层膜采用闭合磁路设计，可以保证杂散磁场大大降低，从而大幅度提高磁敏传感器的灵敏度，且其加工工艺简单，易于实现，制造成本低。
[0030]以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1为本发明一实施例的磁性纳米多层膜的结构示意图；
[0032]图2A为本发明一实施例的底电极形状示意图；
[0033]图2B为本发明一实施例的底电极和磁性纳米多层膜的形状示意图；
[0034]图2C为本发明一实施例的底电极、磁性纳米多层膜、顶电极的形状示意图；
[0035]图2D为图2C的横向截面示意图；
[0036]图3A-3C为本发明不同形状的磁性纳米多层膜形状示意图；
[0037]图4A为本发明中的磁性纳米多层膜的参考磁性层和探测磁性层磁矩方向相互垂直的不意图；
[0038]图4B为本发明中的磁性纳米多层膜的参考磁性层和探测磁性层磁矩方向夹角为0°?360°范围内任意角度的示意图；
[0039]图5为探测磁性层采用非钉扎的自由结构的半开矩形磁性纳米多层膜经过两次退火后的TMR曲线；
[0040]图6为本发明的磁性纳米多层膜的制备方法流程图。
[0041]其中，附图标记
[0042]I 基片
[0043]2种子层
[0044]3参考磁性层
[0045]4中间层
[0046]5探测磁性层
[0047]6覆盖层
[0048]7底电极
[0049]8顶电极
[0050]9磁性纳米多层膜
[0051]D环状结构的宽度
[0052]L环状结构的边长[0053]H外磁场
[0054]Tl第一次退火后的TMR曲线
[0055]T2第二次退火后的TMR曲线
[0056]SI ~S5 步骤
【具体实施方式】
[0057]下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述:
[0058]参见图1，图1为本发明一实施例的磁性纳米多层膜的结构示意图。本发明的用于磁敏传感器的磁性纳米多层膜，包括由下至上依次叠合的基片1、种子层2、参考磁性层
3、中间层4、探测磁性层5和覆盖层6，所述参考磁性层3用于将所述探测磁性层5的磁矩转动的信息转化成电信号，所述探测磁性层5用于感应被探测磁场，所述磁性纳米多层膜9为半开或闭合的环状结构以使所述磁性纳米多层膜沿所述环状结构的长度方向形成闭合磁路，所述环状结构的宽度D远小于所述环状结构的边长L，以利用所述环状结构的形状各向异性和所述闭合磁路使所述探测磁性层5的磁矩沿着所述环状结构的边长L方向。本实施例中，所述环状结构的宽度D优选为Inm~10mm，所述环状结构的边长L优选为IOnm~IOOmm0
[0059]所述参考磁性层3为直接钉扎结构或间接钉扎结构，该间接钉扎结构可为AFM/NM/FM、AFM/NM1/FM1/NM2/FM2、AFM/NM/SAF 或 AFM/NM1/SAF1/NM2/SAF2 等，该直接钉扎结构可为AFM/FM、AFM/SAF、AFM/SAF1/NM/SAF2等。所述探测磁性层5为自由结构、直接钉扎结构或间接钉扎结构。该间接钉扎结构可为AFM/W/FM、AFM/W1/FM1/W2/FM2、AFM/NM/SAF或 AFM/NM1/SAF1/NM2/SAF2，该直接钉扎结构可为 AFM/FM、AFM/SAF 或 AFM/SAF1/NM/SAF2。该探测磁性层5也可以不采用钉扎结构，而采用自由结构例如:FM，SAF或SAF1/NM/SAF2。其中，SAF、SAFl、SAF2为人工反铁磁结构，典型结构为FM1/NM/FM2，包括FMl/[NM/FM/NM]n/FM2 (N ≥ I)结构。其中 FM1、FM2、FM 厚度为 I ~10nm，NM 厚度为 0.3 ~5nm，FM1、FM2、FM可以为相同或者不同的磁性材料。在该结构的多层膜中，随着匪厚度的增加，FM1/NM/FM2或者FM1/[NM/FM/W]n/FM2(N≥I)可以由反铁磁耦合到铁磁性耦合再到反铁磁耦合的变化，并且耦合强度呈现振荡变化。
[0060]在上述磁性纳米多层膜结构中，当探测磁性层5和参考磁性层3均采用钉扎结构时，探测磁性层5中反铁磁层的交换偏置强度一般低于参考磁性层3中反铁磁层的交换偏置强度。当探测磁性层5和参考磁性层3均采用钉扎结构时，探测磁性层5中反铁磁层的布洛赫温度一般低于参考磁性层3中反铁磁层的布洛赫温度。
[0061]本发明的参考磁性层3指的是用于将探测磁性层5磁矩转动的信息转化成电信号的功能磁性层，其在零场下的磁矩方向平行于被探测磁场的方向，探测磁性层5指的是用于感应外磁场的功能磁性层，其在零场下的磁矩方向垂直于被探测场的方向。当外磁场H等于零时，参考磁性层3的磁矩mref(Hpin)的方向与H的方向相同，探测磁性层5的磁矩md(Hfree)的方向与外磁场H (即mref)的方向相互垂直；当外磁场H不等于零时,探测磁性层5的磁矩md旋转一定的角度Φ至md (H),从而使参考磁性层3和探测磁性层5的磁矩的夹角由90度变为Θ，实现对外磁场H变化的感应。
[0062]本发明的环状结构磁性纳米多层膜的结构包括但不局限于:[0063]I) SUB/SL/AFM1/NM/FM/Space/SAF/AFM2/CAP ；
[0064]2) SUB/SL/AFM1/NM1/FM1/Space/FM2/NM2/AFM2/CAP ；
[0065]3) SUB/SL/AFM1/SAF1/Space/SAF2/AFM2/CAP ；
[0066]4) SUB/SL/AFM1/FM/Space/SAF/AFM2/CAP ；
[0067]5) SUB/SL/AFM1/FM1/Space/FM2/NM/AFM2/CAP ；
[0068]6) SUB/SL/AFM1/FM1/Space/FM2/AFM2/CAP ；
[0069]7) SUB/SL/AFM/SAF/Space/FM/CAP ；
[0070]8) SUB/SL/AFM/SAF1/Space/SAF2/CAP ；
[0071]9) SUB/SL/AFM/FM1/Space/FM2/CAP ；
[0072]10) SUB/SL/AFM/FM/Space/SAF/CAP ；
[0073]11) SUB/SL/AFM1/NM1/SAF1/Space/SAF2(I)/NM2/SAF2(2)/AFM2/CAP ；
[0074]12) SUB/SL/AFM1/NM1/SAF1/Space/SAF2/NM2/AFM2/CAP ；
[0075]13) SUB/SL/AFM1/SAF1(I)/匪1/SAFI(2)/Space/SAF2(I)/匪2/SAF2(2)/AFM2/CAP ；
[0076]14) SUB/SL/AFM1/SAF1/Space/SAF2(I)/NM/SAF2 (2)/AFM2/CAP ；
[0077]15) SUB/SL/AFM1/SAF1/Space/SAF2/NM/AFM2/CAP ；
[0078]16) SUB/SL/AFM1/SAF1/Space/SAF2/AFM2/CAP。
[0079]其中，所述铁磁性层(FM)、第一铁磁性层(FMl)和第二铁磁性层(FM2)由铁磁性金属或其合金制成，厚度优选为I~20nm ;或由稀磁半导体材料或半金属材料制成，厚度优选为2~50nm ;所述铁磁性层是单层薄膜或由多层薄膜构成的复合薄膜。所述的铁磁性材料可包括:Fe、Co或Ni,或者这些铁磁金属的合金薄膜,或Sm、Gd、Nd等稀土金属，Co-Fe、Co-Fe-B、NiFeCr、Co-Fe-S1-B、Gd-Y 或者 N1-Fe (如=Ni81Fe19)等；所述的稀磁半导体材料包括:Mn 掺杂的 GaAs, InAs, GaN 或 ZnTe, Fe、Co、N1、V、Mn 掺杂的 Zn。、Ti02、HfO2 和 SnO2 ;所述的半金属材料包括:Fe304、CrO2^Co-Mn-S1、Co-Fe-Al、Co-Fe-S1、Co-Mn-Al、Co-Fe-Mn-Al、Co-Fe-Al-S1、Co-Mn-Ge, ,Co-Mn-Ga, ,Co-Mn-Ge-Gaaa1^xSrxMnO3 或 LahGaxMnO3 (其中 O < x< I)。反铁磁材料可以是Ir、Fe、Rh、N1、Pt、Pd或Mn的合金，厚度优选为3~30nm，或者CoO或NiO等氧化物，厚度优选为5~50nm。非磁性金属包括Cu、Cr、V、Nb、Mo、Ru、Pd、Ta、W、Pt、Ag或Au或其合金，厚度优选为0.1~5nm。基片I优选采用Si衬底、SiC、MgO、GaAs、玻璃衬底或者S1-SiO衬底、或者有机柔性衬底等，厚度优选为0.3~1mm。种子层2采用导电性比较好且和衬底结合较紧密的非磁性金属层(包括单层或者多层复合金属薄膜)，其材料优选Ta、Ru、Cr、Au、Ag、Pt、Pd、Cu或CuN等,厚度可为3~50nm。中间层4可以是非磁性金属层或绝缘势垒层。当中间层4为非磁性金属层时，所形成的磁性纳米多层膜是用于GMR器件的多层膜结构，该非磁性金属层一般 采用Cu、Cr、V、Nb、Mo、Ru、Pd、Ta、W、Pt、Ag或Au或其合金制作,厚度优选为0.5~IOOnm ;当中间层4为势鱼层时,所形成的磁性纳米多层膜是用于TMR器件的多层膜结构，该势垒层一般采用A10x、MgO、Mgl_xZnx0、AIN、Ta2O5,ZnO, HfO2, Ti02、Alq3、LB 有机复合薄膜、GaAs, AlGaAs 或 InAs 等材料制作，优选 MgO、AlOx,MgZnO、AlN或Alq3、LB有机复合薄膜，厚度优选为0.5~lOOnm。覆盖层6采用不易氧化且导电性比较好的金属层(包括单层或者多层复合金属薄膜)，其材料优选Ta、Cu、Al、Ru、Au、Ag或Pt等，厚度优选为2~40nm。[0080]参见图3A - 3C，图3A-3C为本发明不同形状的环状结构磁性纳米多层膜示意图。所述环状结构可为半开或闭合的多边形、矩形、圆形或椭圆形。其中磁性纳米多层膜采用闭合磁路设计，可以保证杂散磁场大大降低，从而大幅度提高磁敏传感器的灵敏度。本实施例中，所述环状结构例如可为闭合的矩形(图3C)，优选为半开的矩形，所述半开的矩形包括顺序连接的三条整边和一条带缺口的边，所述带缺口的边在该缺口的两端还分别连接有两条垂直向外延伸的边(图3A)，或者，在该两条垂直向外延伸的边的端部再相向延伸两条线段(图3B)，该半开的矩形结构中的缺口优选位于带缺口的边的中间位置，即该半开的矩形结构优选为对称结构。利用形状各向异性和闭合磁路设计使探测磁性层5的磁矩沿着边长L的方向，其中半开的矩形的宽度D远小于每边的边长L，半开的矩形的宽度D优选为Inm?10mm,边长L优选为IOnm?100mm。
[0081]参见图2A - 2D，图2A为本发明一实施例的底电极的形状示意图，图2B为本发明一实施例的底电极和磁性纳米多层膜的形状不意图，图2C为本发明一实施例的底电极、磁性纳米多层膜、顶电极的形状示意图，图2D为图2C的横向截面示意图。所述磁性纳米多层膜还包括外加测量的底电极7和顶电极8，所述底电极7位于所述种子层2，所述磁性纳米多层膜9位于所述底电极7和所述顶电极8之间，所述顶电极8叠合在所述磁性磁性纳米多层膜9上，所述顶电极8和所述底电极7之间相互绝缘。
[0082]参见图6，图6为本发明的磁性纳米多层膜的制备方法流程图。本发明的用于磁敏传感器的磁性纳米多层膜的制备方法，用于制备上述的半开或闭合的环状结构的磁性纳米多层膜，包括如下步骤:
[0083]步骤S1、沉积形成包括由下至上依次叠合的基片1、种子层2、参考磁性层3、中间层4、探测磁性层5和覆盖层6的磁性纳米多层膜；
[0084]步骤S2、在所述磁性纳米多层膜上通过光刻的方法加工出底电极7 ；
[0085]步骤S3、在所述底电极7上加工出所需的半开或闭合的环状结构的磁性纳米多层膜9 ;
[0086]步骤S4、通过沉积金属和光刻工艺加工所述磁性纳米多层膜9的顶电极8 ；
[0087]步骤S5、对步骤S4制备的磁性纳米多层膜进行真空带磁场退火处理。
[0088]其中，在步骤S5中，该退火处理包括:
[0089]步骤S51、第一次退火，退火温度高于所述参考磁性层3的布洛赫温度，所加的磁场方向垂直于所述磁性纳米多层膜9的结区的长轴方向；
[0090]步骤S52、第二次退火，退火温度低于所述参考磁性层3的布洛赫温度，所加的磁场方向沿所述磁性纳米多层膜9的结区的长轴方向。
[0091]磁性纳米多层膜采取两次退火的方法，第一次退火的目的是使中间层晶化，改善中间层与铁磁电极的界面质量，从而获得更高的MR值。第二次退火的目的使结区探测磁性层5和参考磁性层3的磁矩方向相互垂直。其中退火的温度范围为O?600°C。当探测磁性层5采用非钉扎的自由结构时，利用形状各向异性和闭合磁路设计使零外磁场时结区探测磁性层5的磁矩方向固定在长轴方向，参考磁性层3采用反铁磁钉扎结构。进行两次退火，第一次退火时的温度高于参考磁性层3反铁磁层的布洛赫温度,所加的磁场方向垂直于结区的长轴方向，第二次退火时的温度低于参考磁性层3反铁磁层的布洛赫温度,所加的磁场方向为沿结区的长轴方向，这样使得零外磁场时结区上参考磁性层3的磁矩方向垂直于长轴方向，探测磁性层5的磁矩方向沿长轴方向，参考磁性层3的磁矩方向垂直于探测磁性层5，可以得到线性的MR曲线。当探测磁性层5采用钉扎结构时，同时利用反铁磁钉扎、形状各向异性和闭合磁路设计使零外磁场时结区探测磁性层5的磁矩方向固定在长轴方向，参考磁性层3采用反铁磁钉扎结构。进行两次退火，第一次退火的温度高于参考磁性层3反铁磁层的布洛赫温度,所加磁场方向为垂直于结区的长轴方向，第二次退火的温度高于探测磁性层5反铁磁的布洛赫温度,低于参考磁性层3反铁磁层的布洛赫温度,所加磁场方向为沿结区的长轴方向，这样使得零外磁场时结区上参考磁性层3的磁矩方向垂直于长轴方向，探测磁性层5的磁矩方向沿长轴方向,探测磁性层5的磁矩方向垂直于参考磁性层3，可以得到线性的MR曲线。
[0092]参见图5，图5为探测磁性层采用非钉扎的自由结构的半开矩形磁性纳米多层膜经过两次退火后的TMR曲线。图5显示了探测磁性层5采用非钉扎的自由结构的半开矩形磁性纳米多层膜经过两次退火后的TMR曲线，其中，磁性纳米多层膜的结构为S1-SiO2/Ta (5) /Ru (30) /Ta (5) /NiFe (5) /IrMn O /CoFe (2.5) /Ru (0.9) /CoFeB (3) /MgO (2.5) /CoFeB (3)/Ta(5)/Ru (5)(单位:nm)。第一次退火曲线Tl的退火温度为350°C，所加磁场方向为垂直于磁性纳米多层膜9结区的长轴方向；第二次退火曲线T2的退火温度为100°C，所加磁场方向为沿磁性纳米多层膜9结区的长轴方向。从图中可以看出，第一次退火后的TMR值高达200%，第二次退火后的线性度得到很大提高。基于这种结构和形状的磁性纳米
多层膜的磁敏传感器的场灵敏度
【权利要求】
1.一种用于磁敏传感器的磁性纳米多层膜，包括由下至上依次叠合的基片、种子层、参考磁性层、中间层、探测磁性层和覆盖层，所述参考磁性层用于将所述探测磁性层的磁矩转动的信息转化成电信号，所述探测磁性层用于感应被探测磁场，其特征在于，所述磁性纳米多层膜为半开或闭合的环状结构以使所述磁性纳米多层膜沿所述环状结构的长度方向形成闭合磁路，所述环状结构的宽度远小于所述环状结构的边长，以利用所述环状结构的形状各向异性和所述闭合磁路使所述探测磁性层的磁矩沿着所述环状结构的边长方向。
2.如权利要求1所述的磁性纳米多层膜，其特征在于，所述环状结构的宽度为Inm~IOmm,所述环状结构的边长为IOnm~100mm。
3.如权利要求1或2所述的磁性纳米多层膜，其特征在于，所述环状结构为半开或闭合的多边形、矩形、圆形或椭圆形。
4.如权利要求3所述的磁性纳米多层膜，其特征在于，所述环状结构为半开的矩形，所述半开的矩形包括顺序连接的三条整边和一条带缺口的边。
5.如权利要求1、2或4所述的磁性纳米多层膜，其特征在于，所述参考磁性层为直接钉扎结构或间接钉扎结构，所述探测磁性层为自由结构、直接钉扎结构或间接钉扎结构。
6.如权利要求5所述的磁性纳米多层膜，其特征在于，所述间接钉扎结构包括AFM/NM/FM、AFM/NM1/FM1/NM2/FM2、AFM/NM/SAF 或 AFM/NM1/SAF1/NM2/SAF2，所述直接钉扎结构包括 AFM/FM、AFM/SAF 或 AFM/SAF1/NM/SAF2。
7.如权利要求5所述的磁性纳米多层膜，其特征在于，所述自由结构包括FM、SAF或SAF1/NM/SAF2。
8.如权利要求6或7所述的磁性纳米多层膜，其特征在于，所述的SAF、SAFl及SAF2为人工反铁磁结构，该人工反铁磁结构包括FM1/NM/FM2或FMl/[NM/FM/匪]N/FM2，其中，N≥1，所述FM1、FM2和/或FM的厚度为I~10nm，所述NM的厚度为0.3~5nm。
9.如权利要求1、2、4、6或7所述的磁性纳米多层膜，其特征在于，所述探测磁性层及所述参考磁性层均为钉扎结构时，所述探测磁性层中的反铁磁性层的交换偏置强度低于所述参考磁性层中的反铁磁性层的交换偏置强度。
10.如权利要求1、2、4、6或7所述的磁性纳米多层膜，其特征在于，所述探测磁性层及所述参考磁性层均为钉扎结构时，所述探测磁性层中的反铁磁性层的布洛赫温度低于所述参考磁性层中的反铁磁性层的布洛赫温度。
11.如权利要求1、2、4、6或7所述的磁性纳米多层膜，其特征在于，所述探测磁性层和所述参考磁性层的磁矩夹角为0°~360°。
12.一种用于磁敏传感器的磁性纳米多层膜的制备方法，用于制备半开或闭合的环状结构的磁性纳米多层膜，其特征在于，包括如下步骤: 51、沉积形成包括由下至上依次叠合的基片、种子层、参考磁性层、中间层、探测磁性层和覆盖层的磁性纳米多层膜； 52、在所述磁性纳米多层膜上通过光刻的方法加工出底电极； 53、在所述底电极上加工出所需的半开或闭合的环状结构的磁性纳米多层膜； 54、通过沉积金属和光刻工艺加工所述磁性纳米多层膜的顶电极； 55、对步骤S4制备的磁性纳米多层膜进行真空带磁场退火处理。
13.如权利要求12所述的磁性纳米多层膜的制备方法，其特征在于，在步骤S5中，所述退火处理包括: s51、第一次退火,退火温度高于所述参考磁性层的布洛赫温度,所加的磁场方向垂直于所述磁性纳米多层膜的结区的长轴方向； s52、第二次退火，退火温度低于所述参考磁性层的布洛赫温度，所加的磁场方向沿所述磁性纳米多层膜的结区的长轴方向。
14.如权利要求12或13所述的磁性纳米多层膜的制备方法，其特征在于，在步骤S3中包括: s31、在步骤SI沉积好的磁性纳米多层膜上涂上正性光刻胶，然后利用底电极的掩模版，进行接触式紫外曝光，再利用显影液进行显影，之后用Ar离子刻蚀刻到基片，得到底电极的形状； s32、在形成所述底电极的磁性纳米多层膜表面涂上光刻胶，再利用所需的半开或闭合的环状结构的所述磁性纳米多层膜的掩模版，进行曝光显影，最后进行Ar离子刻蚀，刻过所述探测磁性层得到所述磁性纳米多层膜的形状以使仅所述探测磁性层具有形状各向异性和闭合磁路结构，或刻过所述参考磁性层得到所述磁性纳米多层膜的形状以使所述探测磁性层和所述参考磁性层都具有形状各向异性和闭合磁路结构； s33、利用磁控溅射沉积SiO2层，该SiO2层用于使多个所述磁性纳米多层膜之间相互绝缘及使所述底电极与即将沉积的顶电极相互绝缘；再把覆盖在所述磁性纳米多层膜上的所述正性光刻胶及所述SiO2层一同剥离，使所述磁性纳米多层膜的结区暴露。
【文档编号】H01L43/12GK103579495SQ201210285542
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年8月10日 优先权日:2012年8月10日
【发明者】吴昊, 丰家峰, 陈军养, 韩秀峰 申请人:中国科学院物理研究所