巨磁阻磁传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种巨磁阻磁传感器及其制备方法。传感器包括基片（１）和其上的绝缘层（２）、夹裹有导电层（５）的铁磁层（４），特别是夹裹有导电层（５）的铁磁层（４）外套装有线圈（３），线圈（３）和铁磁层（４）均由绝缘层（２）裹覆；方法为先后分别多次使用掩模、光刻或离子刻蚀、直流磁控溅射、射频磁控溅射或等离子增强化学气相淀积、半导体薄膜加工工艺于基片上进行刻制、溅射和生成出线圈下层导线、下绝缘层、由铁磁层、导电层和铁磁层构成的磁电阻传感器、中绝缘层、线圈竖直导线、线圈上层导线和上绝缘层，并将线圈下层导线、线圈竖直导线和线圈上层导线电连接，从而制得巨磁阻磁传感器。它具有高的精度和灵敏度，易于工业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种传感器及制法，尤其是巨磁限磁传感器及其制备方法。
技术介绍
巨磁电阻效应是近io年来发现的新现象，当在具有巨磁效应的材料中通以恒定的高频电流时，外部傲弱的磁场变化就能够引起材料阻抗的明显变化，其变化率可髙达50%以上。由于巨磁阻材料优异的磁场敏感性，稳定性和可靠性， 一因此结合巨磁阻:效应高灵敏度:髙响应度的特点并将之 应用于弱磁场探测器，将大幅度地提髙方向探测的准确度和精确度。目前，人们为了获得具有巨磁阻效应的磁传感器，作了一些尝试和努力，如在2005 年ll月19日公开的中国专利技术专利申请公开说明书CN 1694275A中披露的一种基于软磁多层膜巨磁阻抗效应的磁敏器件。它意欲提供一种具有巨磁阻 抗效应的磁传感器。该磁敏器件由带二氧化硅层的硅衬底、引脚、曲折状三 明治结构的软磁多层膜和偏置永磁体组成，其中，引脚从多层膜两端的铜层 引出，并设置在衬底上，整个曲折状三明治结构的软磁多层膜位于带二氧化 硅层的硅衬底上，偏置永磁体用环氧胶水粘贴于磁敏器件的背面。使用时， 通过永磁体对多层膜的巨磁阻抗效应曲线进行偏置，使磁敏器件工作在线性 区域。但是，这种磁敏器件存在着不足之处，首先，难以使粘贴于磁敏器件 背面的永磁体发出的磁场磁力线严格地平行于多层膜所在的平面，从而既降 低了其对磁场响应的灵敏度和测试的精确度，又不能保证其成为批量产品时 的性能和质量的整齐划一；其次，环境或工作温度的升高，也易使环氧胶水 软化，造成永磁体的位移，进而影响其灵敏度和精确度；再次，恶劣的工作 场所，如处于抖动或震动的工作环境中，也易使永磁体脱落，而使其丧失功 能；最后，作为提供偏置磁场的永磁体， 一旦粘贴于磁敏器件背面后，其磁 场强度就无法再行调整，从而使磁敏器件的使用环境和适用范围均受到了较 大的限制
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问趙为克服现有技术中的不足之处，提供一种有着较髙的精度和灵敏度、质量稳定，易于工业化生产的巨磁阻磁传 感器及其制备方法。巨磁阻磁传感器包括基片和其上的绝缘层、夹裹有导电层的铁磁层，特 别是所说夹裹有导电层的铁磁层外套装有线圈，所说线圑和铁磁层均由绝缘 层裹覆。作为巨磁阻磁传感器的进一步改进，所述的线圈为难射工艺形成的徹型螺线管，其长、宽和髙的尺寸分别为20~ 2000徽米、10~ 2000微米和10~ 100徹米；所述的线豳的绕制方向为垂直于导电层的电流方向；所述的基片 为硅片或石英片或蓝宝石片或碳化硅片。巨磁阻磁传感器的制备方法包括基片的清洁和于其上进行的掩模、光刻 或离子刻蚀、半导体薄膜加工工艺，特别是它是按以下步骤完成的(a)先 使用掩模、光刻或离子刻蚀工艺于基片上刻制线圏下层导线的阵列图形，再 使用直流磁控濺射工艺于其上溅射金属材料生成线圏下层导线阵列；(b)先 于基片上的线圈下层导线阵列的每根导线的两端部使用掩模工艺，再使用射 频磁控溅射工艺或等离子增强化学气相淀积工艺于覆有线豳下层导线阵列的 基片上生成下绝缘层；(c)使用半导体薄膜加工工艺于下绝缘层上生成由铁 磁层、导电层和铁磁层构成的磁电阻传感器；(d)使用射频磁控溅射工艺或 等离子增强化学气相淀积工艺于覆有磁电阻传感器的下绝缘层上生成中绝缘 层，同时在生成中绝缘层的过程中配合使用掩模工艺来于基片上的线围下层 导线阵列的每根导线的两端部处的中绝缘层中生成空心柱；(e)使用直流磁 控溅射工艺于中绝缘层中的空心柱处溅射金属材料生成线圉竖直导线；(f) 先使用掩模、光刻或离子刻蚀工艺于中绝缘层上刻制线围上层导线的阵列图形，再使用直流磁控溅射工艺于其上溅射金属材料生成线围上层导线阵列， 并使线圃上层导线阵列的每根导线的两端部分别与中绝缘层中的线圈竖直导线电连接；(g)使用射频磁控溅射工艺或等离子增强化学气相淀积工艺于覆 有线围上层导线阵列的中绝缘层上生成上绝缘层，从而制得巨磁阻磁传感器。 作为巨磁阻磁传感器的制备方法的进一步改进，所述的使用直流磁控溅 射工艺生成线豳下层导线、线圑竖直导线和线豳上层导线的金属材料为金属 金或金属银或金属铜或金属镍或其合金；所述的线圈下层导线和线圈上层导线的宽度均为0.5~1.5微米、厚度均为0.5~1.5微米；所^1的下绝缘层、 中绝缘层和上绝缘层均为二氧化硅层，其中，下绝缘层和上绝缘层的厚度均 为2~2.5微米，中绝缘层的厚度为8~9.5徹米；所述的铁磁层中的铁磁体 为非晶或纳米晶的铁钴硅硼(FeCoSiB)或钴硅硼(CoSiB)或铁铜钕硅硼 (FeCuNbSiB)，其厚度为10~ IOO咖；所述的导电层中的导电体为金厲金或 金属银或金厲铜或金属镍或其合金，其厚度为10~100nm。相对于现有技术的有益效果是，其一，套装于夹裹有导电层的铁磁层外 的线圈，既能为由铁磁层、导电层和铁磁层构成的磁电阻传感器提供偏置磁 场，又能使其发出的磁场的磁力线精确地平行于磁电阻传感器，还不会受自 身或外界的影响而使其与磁电阻传感器间发生任何相对位移，同时还易于通 过调整线围电流，方便地对其发出的磁场强度进行调节，进而使磁电阻传感 器的适用性得以大大地增加。极大地提髙了磁电阻传感器对磁场响应的灵敏 度和测试的精确度，大大地稳定了其性能和质量，极易于工业化的生产；其 二，对制得的本专利技术磁传感器测试后，由测试结果，即电阻随外部磁场的变化曲线可知，磁电阻变化率接近100%,表现出了较高的巨磁阻效应，当在其上预加有一定的偏置磁场后，如果存在另外一个较小的外加磁场的方向与偏置磁场的方向相同，本专利技术磁传感器的磁电阻将增加，反之，磁电阻降低， 印证了其具有对外部磁场方向髙度灵敏辨别的性能；其三，制备方法科学、合理，且简单便捷、效果显著、易掌握，便于工业化实施。作为有益效果的进一步体现， 一是线围为釆用溅射工艺形成的徹型螺线 管，其长、宽和高的尺寸分别为20~ 2000微米、10~ 2000徹米和10~100 微米，使其不仅具有结构紧凑、体积小的特点，还有着功耗低、制作成本也 低的优点；二是线圃的绕制方向采用垂直于导电层的电流方向，除易于调整 线围，使其磁场发出的磁力线能与磁电阻传感器精确地平行之外，还因其磁 场发出的磁力线与导电层电流流动时产生的磁场的磁力线间是呈垂直状态 的，此时两者间的相互作用力最大，而得以能以最小的输入获得最大的偏置作用；三是基片选用硅片或石英片或蓝宝石片或碳化硅片，使基片原料的来源广且易得；四是线困下层导线和线圑上层导线的宽度均选为0.5~1.5微 米、厚度均选为0. 5 ~ 1. 5徹米，完全满足了线圉工作时的对其通流量的需要;五是下绝缘层、中绝缘层和上绝缘层均逸用二氧化硅层，且其厚度仅为2~9.5傲米，既满足了绝缘等级的要求，又有着制作成本低的特点。附图说明下面结合附图对本专利技术的优选方式作进一步详细的描述。图i是本专利技术的一种基本结构示意图2是对制得的本专利技术磁传感器进行测试后获得的电阻随外部磁场变化 的曲线图，测试时的条件为温度为25X:，驱动电流频率为lMHz，图中的横坐 标为外加磁场，纵坐标为磁阻。由测试结果可知，磁电阻的变化率接近100%，表现出了较髙的巨磁阻效应；图中A处所示为，当在本专利技术磁传感器上预加有一定的偏置磁场后，如果存在另外一个较小的外加磁场的方向与偏置磁场 的方向相同，则本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种巨磁阻磁传感器，包括基片（１）和其上的绝缘层（２）、夹裹有导电层（５）的铁磁层（４），其特征在于所说夹裹有导电层（５）的铁磁层（４）外套装有线圈（３），所说线圈（３）和铁磁层（４）均由绝缘层（２）裹覆。

【技术特征摘要】
1. 一种巨磁阻磁传感器，包括基片(1)和其上的绝缘层(2)、夹裹有导电层(5)的铁磁层(4)，其特征在于所说夹裹有导电层(5)的铁磁层(4)外套装有线圈(3)，所说线圈(3)和铁磁层(4)均由绝缘层(2)裹覆。2、 根据权利要求l所述的巨磁阻磁传感器，其特征是线围(3)为溅射 工艺形成的徹型螺线管，其长、宽和髙的尺寸分别为20~ 2000徹米、10~ 2000 微米和10~100微米。3、 根据权利要求1或2所述的巨磁阻磁传感器，其特征是线围(3)的 绕制方向为垂直于导电层(5)的电流方向。4、 根据权利要求l所述的巨磁阻磁传感器，其特征是基片(1)为硅片 或石英片或蓝宝石片或碳化硅片。5、 根据权利要求1所述的巨磁阻磁传感器的制备方法，包括基片的清洁 和于其上进行的掩模、光刻或离子刻蚀、半导体薄膜加工工艺，其特征在于 是按以下步骤完成的(a) 先使用掩模，光刻或离子刻蚀工艺于基片上刻制线圈下层导线 的阵列图形，再使用直流磁控溅射工艺于其上溅射金属材料生成线围下层导 线阵列；(b) 先于基片上的线圃下层导线阵列的每根导线的两端部使用掩模 工艺，再使用射频磁控溅射工艺或等离子增强化学气相淀积工艺于覆有线圃 下层导线阵列的基片上生成下绝缘层；(c) 使用半导体薄膜加工工艺于下绝缘层上生成由铁磁层、导电层 和铁磁层构成的磁电阻传感器；(d) 使用射频磁控溅射工艺或等离子增强化学气相淀积工艺于覆有 磁电阻传感器的下绝缘层上生成中绝缘层，同时在生成中绝缘层的过程中配 合使用掩模工艺来于...

【专利技术属性】
技术研发人员：李新化，邱凯，尹志军，钟飞，姬长建，陈家荣，王玉琦，林新华，陈池来，高理升，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]