本发明专利技术提供了一种利用纳米氧化层和真空退火提高坡莫合金薄膜磁电阻变化率的方法，其利用磁控溅射仪，在清洗干净的玻璃基片或硅基片上沉积钽Ｔａ／钴铁ＣｏＦｅ纳米氧化层／镍铁ＮｉＦｅ／钴铁ＣｏＦｅ纳米氧化层／钽Ｔａ多层膜。本发明专利技术的优点在于在多层膜的钽Ｔａ／镍铁ＮｉＦｅ和镍铁ＮｉＦｅ／钽Ｔａ界面插入钴铁ＣｏＦｅ纳米氧化层（ＮＯＬ），退火时阻止了钽Ｔａ和镍铁ＮｉＦｅ间的扩散，提高坡莫合金薄膜的各向异性磁电阻变化率，同时，薄膜的制备工艺也容易控制。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及功能材料薄膜的制备方法，特别是涉及各向异性磁电阻薄膜的改性。 技术背景各向异性磁电阻坡莫合金薄膜通常用来制造计算机磁盘的读出头和磁场传感器等应用 器件，广泛应用于加工行业、数控机床、汽车控制、交通管理、家电、民用电表、军用 导航等领域。各向异性磁电阻坡莫合金薄膜通常选用Ta作为Ni^Fe,9薄膜的种子层，由 于其结构简单、制作相对容易、价廉、稳定性好，在体积、质量及成本上有很大优势。 因此，国际上仍在不断地挖掘AMR薄膜的潜力，提高其磁场灵敏度、降低噪音等，以 扩大其应用领域。文献W.Y丄ee, M.F.Toney, D.Mauri, IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, 36(2000)中提出使用NiFeCr代替Ta种子层可以提高坡莫合金薄膜的各 向异性磁电阻；文献H.Funaki, S.Okamoto， O.Kitakami, J.Appl.Phys., 33, 1304(1994) 中提出利用退火等方法也可以提高坡莫合金薄膜的各向异性磁电阻。然而，这些方法在 提高各向异性磁电阻变化率的同时，也带来了新的问题。退火虽然可以提高坡莫合金薄膜的各向异性磁电阻，但是退火的同时也促进了 Ta和NiFe层之间的扩散，增加了磁死 层的厚度，对坡莫合金薄膜的磁性能会产生不利影响，不利于在高温环境下使用；而用 NiFeCr代替Ta种子层，虽然避免了 Ta和NiFe层之间的扩散，但是NiFeCr种子层是 通过NiFe和Cr靶共溅射形成，成分难以控制，增加了薄膜的制备难度。
技术实现思路
本专利技术提出将CoFe纳米氧化层插入Ta/NiFe和NiFe/Ta界面，并将样品在真空中退火， 不仅可以阻止Ta的扩散，提高坡莫合金薄膜的各向异性磁电阻变化率，同时，薄膜的 制备工艺也容易控制。本专利技术提出的提高坡莫合金薄膜磁电阻变化率的方法，具体步骤如下采用磁控溅射方 法，溅射室本底真空度为1 x 10-5 - 5 x l(T5Pa，溅射时氩气(纯度为99.99%)气压为0.2 -0.4Pa;平行于基片方向加有150-250Oe的磁场，在清洗干净的玻璃基片或单晶硅基 片上依次沉积钽Ta、镍铁NiFe、钽Ta,并将样品在真空退火炉中进行退火，然后将CoFe 纳米氧化层插入Ta/NiFe和NiFe/Ta界面，沉积的顺序依次是20 - 60A钽Ta、 10-50A钴铁CoFe纳米氧化层(NOL)、 100 - 300A镍铁M81Fel9、 10 - 50A钴铁CoFe纳米氧 化层(NOL)和20 - 60A钽Ta,退火温度为150 - 40(TC ,保温时间为60 - 180分钟。另外，上述的钴铁CoFe纳米氧化层的制备方法是沉积一层10 - 50ACoFe层后，停止 溅射，随后通入纯度为99.99 %的氧气，使CoFe在氧气中氧化从而形成CoFe纳米氧化 层。其中氧气气压为0.1 _0.3Pa,氧化时间为10-50分钟。本专利技术由于使用钴铁CoFe纳米氧化层插入坡莫合金各向异性磁电阻薄膜中，并将样品 在真空中退火，插入的CoFe纳米氧化层阻止了 Ta和NiFe间的反应，抑制了 Ta与NiFe 之间的扩散，另外，由于CoFe纳米氧化层插层的"镜面反射"作用，合适厚度的CoFe 纳米氧化层插层可以提高薄膜的磁电阻变化率。因此该专利技术对磁传感器器件性能的提高 有重大的潜在应用价值。附图说明图1中曲线(a)是Ta(20 A)/ NOL(IO A)/NiFe(100 A)/ NOL(IO A)/Ta(20 A)薄膜的磁电阻 变化率随退火温度的变化关系，曲线(b)是Ta(50 A)/ NOL(20 A)/NiFe(200 A)/ NOL(20 A)/Ta(30 A)薄膜的磁电阻变化率随退火温度的变化关系，曲线(c )是Ta(60 A)/NOL(50 A)/NiFe(300 A)/NOL(50 A)/Ta(60 A)薄膜的磁电阻变化率随退火温度的变化关系，(al ) 点是Ta(20 A)/NiFe(lOO A)/ /Ta(20 A)薄膜在常温下的磁电阻变化率，(bl )点是Ta(50 A)/ NiFe(200 A)/Ta(30 A)薄膜在常温下的磁电阻变化率，(cl)点是Ta(60 A)/NiFe(300 A)/ /Ta(60 A)薄膜在常温下的磁电阻变化率。具体实施例方式如图1,其中曲线(a)的溅射工艺条件为溅射室本底真空度为lxl(T5 Pa，溅射时氩气 (纯度为99.99%)气压为0.2Pa。溅射过程中，基片表面外加平行于膜面方向的磁场， 大小为150 Oe,基片以20 r/min的速率旋转；薄膜的结构为钽Ta(20 A)/ NOL(IO A)/NiFe(100 A)/NOL(10 A)/Ta(20 A);钴铁CoFe纳米氧化层制备时氧气的气压为O.lPa, 氧化时间为10分钟；退火时本底真空为1 x l(T4Pa,平行与薄膜的易磁化轴方向加的磁 场大小为150Oe,退火时间为60分钟。 曲线(b)的溅射工艺条件为溅射室本底真空度为3xl(T5 Pa,溅射时氩气(纯度为 99.99% )气压为0.3 Pa。溅射过程中，基片表面外加平行于膜面方向的磁场，大小为200 Oe，基片以20 r/min的速率旋转；薄膜的结构为钽Ta(50 A)/ NOL(20 A)/NiFe(200 A)/ NOL(20 A)/Ta(30 A);钴铁CoFe纳米氧化层制备时氧气的气压为0.2Pa，氧化时间为30 分钟；退火时本底真空为5 x lCT5Pa,平行与薄膜的易磁化轴方向加的磁场大小为200Oe, 退火时间为90分钟。曲线(c)的溅射工艺条件为溅射室本底真空度为5x10-5 Pa,溅射时氩气(纯度为 99.99%)气压为0.4 Pa。溅射过程中，基片表面外加平行于膜面方向的磁场，大小为250 Oe，基片以20 r/min的速率旋转；薄膜的结构为钽Ta(60 A)/ NOL(50 A)/NiFe(300 A)/ NOL(50 A)/Ta(60 A);钴铁CoFe纳米氧化层制备时氧气的气压为0.3Pa，氧化时间为50 分钟；退火时本底真空为1 x 10-Spa,平行与薄膜的易磁化轴方向加的磁场大小为250Oe, 退火时间为180分钟。本专利技术的制备过程如下将硅基片用有机化学溶剂和去离子水超声清洗，然后装入溅射室样品基座上。以图1中 曲线(b)为例，溅射前，平行与基片方向加有200 Oe的磁场，并且基片始终以20转/分 钟的速率旋转，溅射室本底真空为3 x l(T5Pa，溅射时氩气(纯度为99.99%)气压为0.3 Pa;利用磁控溅射设备在硅基片上制备钽Ta(50 A)/ NOL(20 A)/NiFe(200 A)/ NOL(20 A)/Ta(30 A)结构的样品。纳米氧化层的制备方法是先賊射沉积一层CoFe层，停止賊射， 往镀膜室中通入纯度为99.99%的氧气30分钟，使CoFe氧化，氧气气压为0.2 Pa。样 品制备完成后从镀膜室中取出，放入真空退火炉中进行退火，退火时在薄膜的易磁化轴 方向加有200 Oe的磁场，本底真空为5 x 10-5Pa,退火温度分别为200°C ,退火时间为 90分钟。为了比较，采用传统方法，在本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种提高坡莫合金薄膜磁电阻变化率方法，采用磁控溅射方法，溅射室本底真空度为１×１０↑［－５］－５×１０↑［－５］Ｐａ，溅射时氩气气压为０．２－０．４Ｐａ；平行于基片方向加有１５０－２５０Ｏｅ的磁场，在清洗干净的玻璃基片或单晶硅基片上依次沉积钽Ｔａ、镍铁ＮｉＦｅ、钽Ｔａ，并将样品在真空退火炉中进行退火，其特征在于将ＣｏＦｅ纳米氧化层插入Ｔａ／ＮｉＦｅ和ＮｉＦｅ／Ｔａ界面，沉积的顺序依次是２０－６０＊钽Ｔａ、１０－５０＊钴铁ＣｏＦｅ纳米氧化层、１００－３００＊镍铁Ｎｉ↓［８１］Ｆｅ↓［１９］、１０－５０＊钴铁ＣｏＦｅ纳米氧化层（ＮＯＬ）和２０－６０＊钽Ｔａ，退火温度为１５０－４００℃，保温时间为６０－１８０分钟。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：滕蛟，王乐，张金中，王东伟，于广华，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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