超高反常霍尔灵敏度薄膜材料、制备方法、磁传感器及元件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及磁性薄膜材料技术领域，特别是指一种超高反常霍尔灵敏度薄膜材 料、制备方法、磁传感器及元件。
【背景技术】
[0002] 近年来，基于霍尔效应的传感器目前已在多个领域获得了广泛的应用。在霍尔传 感器中，使用最多的是半导体材料。但是，半导体霍尔元件灵敏度偏低、对信号的响应速度 慢、差的抗温度扰动性、成本高以及污染大，如砷等剧毒元素等缺点限制了它的应用范围。
【发明内容】
[0003] 本发明要解决的技术问题是提供一种超高反常霍尔灵敏度薄膜材料、制备方法、 磁传感器及元件，能够提高反常霍尔灵敏度。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种超高反常霍尔灵敏度薄膜材料， 所述超高反常霍尔灵敏度薄膜材料包括：第一Ta层，所述第一Ta层上方设置有CoxFey层， 所述CoxFey层上方设置有金属氧化层，所述金属氧化层上方设置有第二Ta层，其中，0 <X < 100,X为整数，0 <y< 100,y为整数。
[0005] 优选的，所述CoxFey层为CoFe层。
[0006] 优选的，y= 100-x。
[0007] 优选的，所述金属氧化层为MgO层或HfOJl。
[0008] 优选的，所述第一Ta层的厚度为〇?6〇A,所述CoxFey层的厚度为10?100A，所述 金属氧化层的厚度为10?IOOA，所述第二层的厚度为〇?6〇A。
[0009] 优选的，所述第一Ta层的厚度为l〇A，所述CoxFey层的厚度为l〇A，所述金属氧化 层的厚度为14A，所述第二层的厚度为IOA。
[0010] 优选的，所述第一Ta层的厚度为l〇A，所述CoxFey层的厚度为IOA所述金属氧化 层的厚度为16A，所述第二层的厚度为l〇A。
[0011] 本发明还提供一种超高反常霍尔灵敏度薄膜材料制备方法，所述方法包括：
[0012] 在平行于制备基片的方向上添加1500e至2500e的磁场；
[0013] 在真空度为IXKT5Pa至6XKT5Pa,溅射时稀有气体压力为0. 2Pa至0. 7Pa的条 件依次沉积第一Ta层、CoxFey层、金属氧化层和第二Ta层；
[0014] 在薄膜材料沉积完成前，对制备基片进行反溅；
[0015] 对沉积后的薄膜材料进行真空磁场热处理，退火炉本底真空度为2XKT5Pa至 6X10_5Pa，退火温度150°C至300°C，退火时间为10分钟至2小时，退火场为5000e至 lOOOOe，得到所述超高反常霍尔灵敏度薄膜材料。
[0016] 优选的，所述方法还包括：
[0017] 利用光刻技术把超高反常霍尔灵敏度薄膜材料加工成宽度为10ym至100ym、长 度为100ym至200ym的切块，并沉积Au电极或Ta电极。
[0018] 本发明还提供一种磁传感器，所述磁传感器采用所述的超高反常霍尔灵敏度薄膜 材料制作而成。
[0019] 本发明还提供一种磁传感元件，所述磁传感元件采用所述的超高反常霍尔灵敏度 薄膜材料制作而成。本发明的上述技术方案的有益效果如下：
[0020] 上述方案中，通过设置第一Ta层、CoxFey层、金属氧化层和第二Ta层，易于界面轨 道杂化调控各向异性场；又由于CoxFey层中的Co和Fe原子比例可调，可进一步调控各向异 性场，从而有效提高反常霍尔灵敏度。
【附图说明】
[0021] 图1为本发明实施例的超高反常霍尔灵敏度薄膜材料结构图；
[0022] 图2为本发明实施例的超高反常霍尔灵敏度薄膜材料反常霍尔灵敏度曲线图；
[0023]图3为本发明实施例的超高反常霍尔灵敏度薄膜材料制备方法流程图；
【具体实施方式】
[0024] 为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具 体实施例进行详细描述。
[0025] 如图1所示，本发明的实施例一种超高反常霍尔灵敏度薄膜材料，所述超高反常 霍尔灵敏度薄膜材料包括：第一Ta层1，所述第一Ta层1上方设置有CoxFey层2,所述 CoxFey层2上方设置有金属氧化层3,所述金属氧化层3上方设置有第二Ta层4,其中，0 <X< 100,X为整数，0 <y< 100,y为整数。
[0026] 优选的，所述CoxFey层4为CoFe层。
[0027] 优选的，y= 100-x。
[0028] 优选的，所述金属氧化层3为MgO层或HfOJl。
[0029] 优选的，所述第一Ta层1的厚度为〇?60A，所述CoxFey层2的厚度为I0?100A， 所述金属氧化层3的厚度为10?100A，所述第二层4的厚度为〇?6〇A。
[0030] 优选的，所述第一Ta层1的厚度为1〇人，所述CoxFey层2的厚度为l〇A所述金属氧 化层3的厚度为14A，所述第二层4的厚度为l〇A。
[0031] 优选的，所述第一Ta层1的厚度为l〇A，所述CoxFey层2的厚度为l〇A，所述金属氧 化层3的厚度为16A，所述第二层4的厚度为10A。
[0032] 本发明的超高反常霍尔灵敏度薄膜材料，通过设置第一Ta层、CoxFey层、金属氧化 层和第二Ta层，易于界面轨道杂化调控各向异性场；又由于CoxFey层中的Co和Fe原子比 例可调，可进一步调控各向异性场，从而有效提高反常霍尔灵敏度。
[0033] 如图2所示，为本发明实施例的超高反常霍尔灵敏度薄膜材料反常霍尔灵敏度曲 线图，图中，S表示曲线线性部分的斜率，从图中可以看出超高反常霍尔灵敏度薄膜材料的 反常霍尔灵敏度明显提高，反常霍尔效应输出曲线具有非常好的线性度。更重要的，其高达 44761Q/T的灵敏度比常用的半导体霍尔器件的灵敏度高出了 44倍以上，显示出了其在磁 传器等领域巨大的应用潜力。
[0034] 实施例一
[0035] -种超高反常霍尔灵敏度薄膜材料，所述超高反常霍尔灵敏度薄膜材料包括：第 一Ta层1，所述第一Ta层1上方设置有CoxFey层2,所述CoxFey层2上方设置有金属氧化 层3,所述金属氧化层3上方设置有第二Ta层4,所述第一Ta层1的厚度为〇A，所述CoxFey 层2的厚度为10A，所述金属氧化层3的厚度为10A，所述第二Ta层4的厚度为0A。
[0036] 实施例二
[0037] 一种超高反常霍尔灵敏度薄膜材料，所述超高反常霍尔灵敏度薄膜材料包括：第 一Ta层1，所述第一Ta层1上方设置有CoxFey层2,所述CoxFey层2上方设置有金属氧化层 3,所述金属氧化层3上方设