专利名称：一种磁传感器件的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种磁传感器件的制造方法。
背景技术：
磁传感器件已在无刷电机、齿轮转速检测、过程控制中的无触点开关、定位开关，汽车的安全装置ABS，汽车发动机点火定时，电流电压传感器等领域得到广泛应用，磁传感器件由活性层、电极及保护它们的封装组成。其特点是无触点传感，可靠性高，用以检测电流电压，无插入损耗，且实现输入和输出信号的完全隔离、无过载损坏等，因此在磁性材料及测磁仪器的研究、地磁场图的精确绘制、地质勘探、航海、航空、航天等领域都有十分重要的用途。目前，磁传感器件中的活性层材料一般都采用硅、锑化铟、砷化铟等半导体材料，元件的尺寸较大，在亚毫米量级。又由于半导体材料的载流子浓度、迁移率等特征参数随温度变化很大，使其电阻率随温度变化很大，导致工作温度受到限制。如果要在更宽的温度范围内工作，必须组合使用多种型号的元件，导致其尺寸加大，也使元件成本大大增加。为克服半导体活性层材料体积大、成本高、制备工艺复杂等缺点，必须寻找一种工作温度宽、体积小、制备简单的替代材料。磁性薄膜材料中存在反常效应，并且这类材料具有较高的温度稳定性，制备简单，能够克服半导体材料工作温度范围窄、制备工艺复杂的缺点，以这类磁性薄膜为活性层制得的磁传感器件的尺寸将降至亚微米量级。但是以磁性薄膜作为磁传感器件的活性层时也存在一些问题。一方面，为了尽量减小元器件尺寸，必须降低活性层的厚度。对于一般的磁性薄膜材料，当厚度减小到一定临界值以下时，材料有可能进入超顺磁态，此时磁化强度大大降低，电阻率也随之大大降低，从而有可能使磁传感元件失效；另一方面，作为活性层材料的磁性薄膜一般电阻率较大，导电性差，因此需要更高的输入电压，这在实际应用中增加了功率损耗，降低了元件的使用寿命。可见，必须寻找到一种新型的磁性活性层材料，使得其在厚度为纳米级的情况下仍保持较高的磁性系数、较小的电阻率且具有良好的性能。
发明内容
为了解决传统的半导体磁传感器件体积大、工作温度范围窄、导电性差等问题，寻找一种更加经济实用、能够在更宽的磁场范围内保持线性度的磁传感器件磁性材料，本发明提供了一种磁传感器件的制造方法，根据该方法制得的磁传感器件工作温度在2K到500K(即-271。。到227 0C )范围内，电阻率在250 μ Ω cm到3500 μ Ω cm范围内。在2K到500Κ的工作温度范围内，样品的线性度小于千分之二，磁场线性度保持在_7k0e到7k0e范围内，具有性能稳定，检测范围宽等优点。本发明公开的磁传感器件的制备方法包括如下步骤:I)用光刻和掩膜的方法在基片上形成为了沉积薄膜的“十”字形图案。图案中心正方形的边长在0.3 1.0微米，中心正方形的四个边上突出部分的长度为0.2微米；2)采用通用的超高真空磁控溅射镀膜机，在背底真空度小于5.0X 10_5Pa时，将高纯度的Ar气和O2气的混合气体通入真空室，其中Ar气流量为lOsccm，O2气流量为
2.7sccm ；3)待真空度下降为1.0Pa以下，将超高真空闸板阀的开启度设定为20% ;在铁靶上加以设定为475W的直流功率，在钼靶上加以设定为50W的直流功率，预溅射5分钟；4)打开铁靶、钼靶和基片的挡板，基片以20转/分钟的速度匀速旋转，控制溅射时间在0.5 20分钟成膜；5)通过磁力转轴将样品送到副真空室，取出样品，除去光刻胶；用光刻和掩膜的方法在基片上正方形Fk95Laatl5O3薄膜的四个边的外侧形成为了沉积四个电极的矩形图案。每个电极图案分别与正方形Fk95LaaJM^膜的四个边有0.15微米的重叠部分。将样品送入真空室，连续制备50纳米厚的钛层和500纳米厚的金层形成电极，钛靶和金靶均采用直流溅射；6)通过磁力转轴将样品送到副真空室，取出样品，除去光刻胶；用光刻和掩膜的方法在基片上正方形Fe2.95LaaΜ03薄膜的上方形成为了沉积保护层的正方形图案，正方形的边长在0.5 1.2微米，将Fq95Laatl5O3薄膜完全覆盖。将样品送入真空室制备二氧化硅保护层。二氧化硅靶采用射频溅射，设定溅射功率为200W，溅射时间为10分钟。
具体实施例方式为了使本领域技术人员更清楚地 理解本发明，下面通过具体实施方式
详细描述其技术方案。下面将通过具体实施例对本发明作进一步的说明。实施例1文中单位sccm指“standard cubic centimeter per minute”，即标准状态毫升 /分(1ml = Icm3)，标准状态为 0°C, latm。1、活性层图案的制备。用掩膜的方法在石英基片上形成为了沉积薄膜的“十”字形图案。该图案中心正方形的边长在1.0微米，中心正方形的四个边上突出部分的长度为
0.2微米；2、室温下通入氩气和氧气。采用中国科学院沈阳科仪中心的DPS-1II型超高真空磁控溅射镀膜机(自带的计算机控制软件)，在背底真空度小于5.0X KT5Pa时，将高纯度的Ar气和O2气的混合气体通入真空室。其中Ar气流量为lOsccm，O2气流量为2.7sccm。待真空度下降为1.0Pa左右时，利用设备自带的计算机控制软件，将超高真空闸板阀的开启度设定为20% ；3、预溅射。向纯度为99.99%的铁靶上加以设定为475W的直流功率，向纯度为99.99%的钼靶上加以设定为50W的直流功率，预溅射5分钟；4、溅射成膜。打开石英基片的挡板，基片以20转/分钟的速度匀速旋转，控制溅射时间在10分钟；即得到一定厚度的纳米晶Fq95Laatl5O3磁性材料。5、制备电极。通过磁力转轴将样品送到副真空室，取出样品，除去光刻胶；用掩膜的方法在基片上正方形Fk95Laatl5O3薄膜的四个边的外侧形成为了沉积四个电极的矩形图案。每个电极图案分别与正方形Fk95LaaJM^膜的四个边有0.15微米的重叠部分。将样品送入真空室，连续制备50纳米厚的钛层和500纳米厚的金层形成电极，钛靶和金靶均采用直流溅射；6、制备保护层。通过磁力转轴将样品送到副真空室，取出样品，除去光刻胶；用掩膜的方法在基片上正方形Fe2.95LaaΜ03的上方形成为了沉积保护层的正方形图案，正方形的边长在0.5 1.2微米，将Fq95Laatl5O3完全覆盖。将样品送入真空室制备二氧化硅保护层。二氧化硅靶采用射频溅射，利用计算机控制程序，设定溅射功率为200W，溅射时间为10分钟，得到磁传感器件。采用Dektak3表面形貌仪测量得到活性层薄膜厚度为200nm，经过X射线衍射分析和X射线光电子能谱分析表明薄膜的主要成分为Fe2.95Laa(l503。利用美国Quantum Design公司生产的物理性质测量仪PPMS-9，在2K 500K的温度范围内对磁传感器件的电阻率进行测量。结果表明，样品的电阻率在950μ Qcm 1150 μ Ωαη范围内，大小和变化范围均小于通常的半导体及FeN1-Si02、N1-SiO2, Co-SiO2等颗粒薄膜材料。利用美国Quantum Design公司生产的物理性质测量仪PPMS-9，在2K 500K的温度范围内对磁传感器件的饱和磁传感电阻率进行测量。饱和磁传感电阻率随温度的变化反映了磁传感器件性能的稳定性。饱和磁传感电阻率随温度的变化越小，表明磁传感器件的温度稳定性越强，工作温度范围越宽。结果表明，在2K 500K的温度范围内，饱和磁传感电阻率的值变化了 12%，而在同样条件下，N1-SiO2颗粒薄膜材料的磁传感电阻率变化了80%。利用美国Quantum Design公司生产的物理性质测量仪PPMS-9，在_7k0e到7k0e的磁场范围内，在2K 500K的温度范围内，对磁传感器件的线性度进行测量。传感器的线性度表征着器件对不同磁场的测量精度。在_7k0e到7k0e的磁场范围内，每个温度下测得的本磁传感器件磁传感电阻率与磁场均保持很好的线性关系。为定量表示测量曲线的线性度，采用线性拟合的方法，得出不同温度下的最大相对误差。在2K 500K的温度范围内，样品的线性度小于十万分之二。实施例21、活性层图案的制备同实施例1步骤I ;2、室温下通入気气和氧气，同实施例1步骤2 ；3、预派射同实施例1步骤3 ；4、溅射成膜。打开石英基片的挡板，基片以20转/分钟的速度匀速旋转，控制溅射时间分别为0.5分钟、2分钟和20分钟，制得样品1、II和III ;5、电极的制备方法同实施例1步骤5 ；6、保护层的制备方法同实施例1步骤6 ;采用Dektak3表面形貌仪测量得到活性层的厚度，结果列于表I中。利用美国Quantum Design公司生产的物理性质测量仪PPMS-9，在2K 500K的温度范围内对磁传感器件1、 II和III的电阻率进行测量，结果列于表I中。利用美国Quantum Design公司生产的物理性质测量仪PPMS-9，在2K 500K的温度范围内对磁传感器件的饱和磁传感电阻率进行测量,三个磁传感器件的饱和磁传感电阻率变化范围分别列于表I中。利用美国Quantum Design公司生产的物理性质测量仪PPMS-9，在_7k0e到7k0e的磁场范围内，在2K 500K的温度范围内，对磁传感器件的线性度进行测量。三个磁传感器件的线性度的变化和保持线性度的磁场范围分别列于表I中。表I磁传感器件1、II和III的性能参数。
权利要求
1.一种磁传感器件的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤: 1)用光刻和掩膜的方法在基片上形成为了沉积薄膜的“十”字形图案。图案中心正方形的边长在0.3 1.0微米，中心正方形的四个边上突出部分的长度为0.2微米； 2)采用通用的超高真空磁控溅射镀膜机，在背底真空度小于5.0 X 10_5Pa时，将高纯度的Ar气和O2气的混合气体通入真空室，其中Ar气流量为lOsccm，O2气流量为2.7sccm ； 3)待真空度下降为1.0Pa以下，将超高真空闸板阀的开启度设定为20% ;在铁靶上加以设定为475W的直流功率，在钼靶上加以设定为50W的直流功率，预溅射5分钟； 4)打开铁靶、钼靶和基片的挡板，基片以20转/分钟的速度匀速旋转，控制溅射时间在·0.5 20分钟成膜； 5)通过磁力转轴将样品送到副真空室，取出样品，除去光刻胶；用光刻和掩膜的方法在基片上正方形Fw95Laaci5O3薄膜的四个边的外侧形成为了沉积四个电极的矩形图案。每个电极图案分别与正方形Fk95Laatl5CM^膜的四个边有0.15微米的重叠部分。将样品送入真空室，连续制备50纳米厚的钛层和500纳米厚的金层形成电极，钛靶和金靶均采用直流溅射； 6)通过磁力转轴将样品送到副真空室，取出样品，除去光刻胶；用光刻和掩膜的方法在基片上正方形Fe2.95Laa(l503薄膜的上方形成为了沉积保护层的正方形图案，正方形的边长在0.5 1.2微米，将Fq95Laatl5O3薄膜完全覆盖。将样品送入真空室制备二氧化硅保护层。二氧化硅靶采用射频溅射，设定溅射功率为200W，溅射时间为10分钟。
全文摘要
本发明提供了一种磁传感器件的制造方法，根据该方法制得的磁传感器件工作温度在2K到500K(即-271℃到227℃)范围内，电阻率在250μΩcm到3500μΩcm范围内。在2K到500K的工作温度范围内，样品的线性度小于千分之二，磁场线性度保持在-7kOe到7kOe范围内，具有性能稳定，检测范围宽等优点。本发明解决了传统的半导体磁传感器件体积大、工作温度范围窄、导电性差等问题，是一种更加经济实用、能够在更宽的磁场范围内保持线性度的磁传感器件磁性材料。
文档编号H01L43/12GK103199192SQ201310066768
公开日2013年7月10日 申请日期2013年2月28日 优先权日2013年2月28日
发明者张俊, 丛国芳 申请人:溧阳市生产力促进中心