一种新型磁敏感器件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种新型磁敏器件及其制备方法，包括：1)蓝宝石衬底上生长高阻GaN缓冲层；2)高阻GaN缓冲层上生长本征掺杂GaN层；3)本征掺杂GaN层上选择性沉积一层氧化铝；4)氧化铝上生长一层磁性薄膜，并通光刻、刻蚀工艺形成球或柱型结构；5)在无氧化铝的本征掺杂GaN层区域上，淀积叉指型金属电极。本发明专利技术创新性地利用了声表面波共振效应以及磁性材料对磁场敏感性特点，通过磁致伸缩效应改变GaN材料声表面波传播特性，从而使得声波的共振频率发生偏移，来实现对磁场的高灵敏探测。

A new type of magnetic sensitive device and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种新型磁敏感器件及其制备方法
本专利技术涉及磁探测领域，具体为一种新型磁敏感器件及其制备方法。
技术介绍
GaN是第三代宽禁带半导体材料之一，其具有击穿电场高、电子饱和速度快、可在高温工作等优势，在电力电子器件等方面显示出良好的应用前景，并到了广泛的关注。当前，人们已经利用GaN外延材料的特点研发设计出了各种应用需求的电力电子器件，并且针对未来更多的应用也在进行新结构新器件的设计和研发。磁性材料是指能够对磁场的存在做出某种方式反应的功能性材料。由于磁性材料具有独特的磁化特性，这使得磁性材料在工业制造、生物医学、地质、考古、航空航天、军事等领域有着广泛的应用。鉴于GaN材料和磁性材料具有的诸多优点，当把这二者进行结合时，有利于利用这两种材料的互补特性，制备适用于高温、高压和高磁场环境中新型传感器件，并极有可能给磁场监控等应用领域带来一个很好的应用和发展前景。
技术实现思路
基于上述提到的应用开发前景，本专利技术创新性地提出了一种新型磁敏感器件及其制备方法，不仅利用了GaN材料和磁性材料独特的优异的物理特性，而且利用了声表面波共振效应，将磁场信号转化成声波共振信号信，并通过输出叉指电极对共振频率信号进行输出，满足快速、高灵敏的磁场探测。具体方法包括：1)蓝宝石衬底上生长高阻GaN缓冲层；2)高阻GaN缓冲层上生长本征掺杂GaN层；3)本征掺杂GaN层上选择性沉积一层氧化铝；4)氧化铝上生长一层磁性薄膜，并通光刻、刻蚀工艺形成磁性球或磁性柱；5)在无氧化铝的本征掺杂GaN层区域上，淀积叉指型金属电极。优选地，所述1)中的高阻GaN缓冲层厚度为0.2μm～4μm；优选地，所述2)中的本征掺杂GaN层厚度为0.5μm～2μm；优选地，所述3)中的氧化铝钝化层厚度为20nm～200nm；优选地，所述4)中的磁性薄膜材料为钴铁硼(CoFeB)、钕铁硼(NdFeB)、镍钴(NiCo)等磁性合金薄膜材料；优选地，所述4)中的磁性球或磁性柱的直径或厚度为100nm～500nm；优选地，所述5)中的叉指型金属电极，其位置于氧化铝两边且以氧化铝中心区域为对称中心；优选地，由上述方法制得的GaN基磁敏感器件，所述输入端叉指金属电极和输出端叉指金属电极之间的传输特性根据球型磁性材料周围的磁场变化而改变。本专利技术的探测器结构俯视示意图如图1所示，叉指型金属电极4和7分别是信号输入端和输出端，而5和6分别是氧化铝介质膜和规律排列的球型磁性材料。利用声表面波共振效应，在无磁场的情况下，输入端4和输出端7会有稳定的输入信号与输出信号；当在磁性材料上方，施加一个垂直表面的磁场时，受磁致伸缩效应的影响，表面声波在排列的球型磁性材料区域传输时，其共振频率特性会发生改变，这使得输出端7的声波共振频率信号发生偏移，如图2所示。沿AA`线的剖面结构如图3所示，该器件结构在i-GaN/GaN/蓝宝石外延材料上制备，充分利用了GaN材料的热稳定性、可靠性等优点，使得该器件能够工作在较复杂的环境中。本专利技术的优点在于：A.本专利技术具有快速、高灵敏、低功耗的特性。B.本专利技术能够工作在高温、高压等较复杂的环境。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：图1为本专利技术的俯视示意图。图2为本专利技术的声波共振信号示意图。图3为本专利技术沿AA`线的二维垂直剖面结构示意图。图4、5、6为本专利技术的制备工艺流程图。其中，蓝宝石衬底1，高阻GaN缓冲层2，本征GaN层3，输入端叉指金属电极4，氧化铝(Al2O3)层5，球型磁性材料6和输出端叉指金属电极7。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本实施例提供一种新型磁敏感器件及其制备方法，器件的剖面如图3所示，它由蓝宝石衬底1、高阻GaN缓冲层2、本征GaN层3、输入端叉指金属电极4、氧化铝(Al2O3)层5、球型磁性材料6和输出端叉指金属电极7组成。实施例1具体制备工艺流程如图4所示，包括：1)取样蓝宝石衬底1，并对其表面进行预处理。2)在衬底之上依次外延生长1μm厚高阻GaN缓冲层2、0.5μm厚本征掺杂GaN层3；3)利用原子层沉积(ALD)设备，在洁净的本征掺杂GaN层3上淀积20nm厚的氧化铝(Al2O3)层5。4)在洁净的氧化铝(Al2O3)层5上，生长一层钕铁硼(NdFeB)磁性材料，然后通过湿法或干法刻蚀方法，将磁性材料刻蚀成周期排列的100nm直径的球型或柱型结构6。5)通过光刻和刻蚀工艺，选择性刻蚀掉部分球型或柱型结构材料6和氧化铝(Al2O3)层5。6)利用光刻、金属蒸镀技术，淀积叉指型金属电极4和7。实施例2具体制备工艺流程如图5所示，包括：1)取样蓝宝石衬底1，并对其表面进行预处理。2)在衬底之上依次外延生长2μm厚高阻GaN缓冲层2、1.5μm厚本征掺杂GaN层3；3)利用原子层沉积(ALD)设备，在洁净的本征掺杂GaN层3上淀积100nm厚的氧化铝(Al2O3)层5。4)在洁净的氧化铝(Al2O3)层5上，生长一层钴铁硼(CoFeB)磁性材料，然后通过湿法或干法刻蚀方法，将磁性材料刻蚀成周期排列的120nm直径的球型或柱型结构6。5)通过光刻和刻蚀工艺，选择性刻蚀掉部分球型或柱型结构材料6和氧化铝(Al2O3)层5。6)利用光刻、金属蒸镀技术，淀积叉指型金属电极4和7。实施例3具体制备工艺流程如图6所示，包括：1)取样蓝宝石衬底1，并对其表面进行预处理。2)在衬底之上依次外延生长3μm厚高阻GaN缓冲层2、1.8μm厚本征掺杂GaN层3；3)利用原子层沉积(ALD)设备，在洁净的本征掺杂GaN层3上淀积150nm厚的氧化铝(Al2O3)层5。4)在洁净的氧化铝(Al2O3)层5上，生长一层镍钴(NiCo)磁性材料，然后通过湿法或干法刻蚀方法，将磁性材料刻蚀成周期排列的200nm直径的球型或柱型结构6。5)通过光刻和刻蚀工艺，选择性刻蚀掉部分球型或柱型结构材料6和氧化铝(Al2O3)层5。6)利用光刻、金属蒸镀技术，淀积叉指型金属电极4和7。本专利技术生产的GaN基磁敏感器件，在无磁场的情况下，输入端4和输出端7会有稳定的输入信号与输出信号；当在磁性材料上方，施加一个垂直表面的磁场时，受磁致伸缩效应的影响，表面声波在排列的球型磁性材料区域传输时，其共振频率特性会发生改变，这使得输出端7的声波共振频率信号发生偏移，该器件结构在i-GaN/GaN/蓝宝石外本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型磁敏感器件制备方法，其特征在于：包括以下步骤：/n1)蓝宝石衬底上生长高阻GaN缓冲层；/n2)高阻GaN缓冲层上生长本征掺杂GaN层；/n3)本征掺杂GaN层上选择性沉积一层氧化铝；/n4)氧化铝上生长一层磁性薄膜，并通光刻、刻蚀工艺形成球或柱型结构；/n5)在无氧化铝的本征掺杂GaN层区域上，淀积叉指金属电极。/n

【技术特征摘要】
1.一种新型磁敏感器件制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)蓝宝石衬底上生长高阻GaN缓冲层；
2)高阻GaN缓冲层上生长本征掺杂GaN层；
3)本征掺杂GaN层上选择性沉积一层氧化铝；
4)氧化铝上生长一层磁性薄膜，并通光刻、刻蚀工艺形成球或柱型结构；
5)在无氧化铝的本征掺杂GaN层区域上，淀积叉指金属电极。


2.根据权利要求1所述的新型磁敏感器件制备方法，其特征在于：所述步骤1)中的高阻GaN缓冲层厚度为0.2μm～4μm。


3.根据权利要求1所述的新型磁敏感器件制备方法，其特征在于：所述步骤2)中的本征掺杂GaN层厚度为0.5μm～2μm。


4.根据权利要求1所述的新型磁敏感器件制备方法，其特征在于：所述步骤3)中的氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：仇志军，杨强强，
申请(专利权)人：苏州巧云信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32