本发明专利技术涉及一种金属多层膜霍尔器件，其由在硅基片上交替生长的磁性金属层和Ｐｔ层构成，磁性金属选用Ｆｅ、Ｃｏ或／和ＣｏＦｅ合金。该金属霍尔器件具有超高灵敏度，在室温下甚至可以达到１２００Ｖ／ＡＴ，这已经超过了目前半导体霍尔器件的灵敏度，可应用于传感器和磁存储系统中。本发明专利技术提供的上述金属霍尔器件的制备工艺简单、重复且稳定，非常适合实际操作。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种金属霍尔器件，具体地说是涉及一种具有超高灵敏度的金属多层 膜霍尔器件，及其制备方法。
技术介绍
基于霍尔效应的霍尔器件具有线性特性好，灵敏度高，稳定性好，控制简单、方 便等特点。目前，半导体霍尔器件已经广泛用于传感器和磁存储系统中，用来对磁场、 电流、位移等进行检测。但是半导体的高电阻率、低工作频率以及复杂的制备工艺都 将阻碍其进一步发展。金属器件能很好的克服这些问题，只是由于金属的载流子浓度 很高，所以正常霍尔效应非常微弱。起源于自旋一轨道相互作用的铁磁性金属的反常 霍尔效应往往比正常霍尔效应大几个数量级，但是， 一般铁磁性金属的反常霍尔效应 与半导体的相比仍有较大的差距，因此，增强铁磁金属的反常霍尔效应成为了急待解 决的问题。为了增强反常霍尔效应，在早期人们选用稀土元素与铁磁金属形成合金，虽然利 用了稀土的强的自旋一轨道相互作用取得了一定的效果，但是由于稀土的磁转变温度 低，且容易腐蚀的缺点而逐渐被淘汰。另外，采用颗粒膜结构，将铁磁颗粒埋于氧化 物绝缘体中也能获得极高的反常霍尔效应，只是这种颗粒膜结构具有极高的电阻率， 这也将阻碍其进一步发展。最近研究的Pt基铁磁金属合金取得了比较好的结果，尤其 是FePt合金，例如对于3nm的Fe35Pi65，在110K，霍尔斜率可达到76.8tiQcm/T，对 应霍尔器件的灵敏度可达到250V/AT (文献Appl. Phys. Lett. 85,73 (2004))，但是，这 与目前半导体霍尔器件的1000V/AT的灵敏度比起来还有一段差距(文献正EETrans. Electron Devices 43,1665 (1996))。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的种种不足，在解决半导体霍尔器件中半导 体的高电阻率、低工作频率以及复杂的制备工艺的问题的同时，提供一种可与半导体 霍尔器件相比拟的高灵敏度的金属多层膜霍尔器件。本专利技术的另一目的在于提供一种工艺简单、非常适合实际操作、且重复稳定的制 备上述金属多层膜霍尔器件的方法。本专利技术的目的是通过如下的技术方案实现的本专利技术提供的金属多层膜霍尔器件，如图1所示，包括 一硅基片层1，和在其 上交替周期性生长的磁性金属层2和Pt层3，周期数视需要而定；所述的磁性金属层用于产生反常霍尔效应，该层的材料为Fe、 Co或/和Co,Fe《合金(原子比范围0 < X < 100);'所述的Pt层用于提供强自旋一轨道相互作用以及保护多层膜防止被氧化。当所述磁性金属层全部为Fe时，基片层上交替周期性生长的磁性金属层和Pt层 的结构表示为[Fe (/Fe nm) /Pt (,Pt nm)]m，其中Fe层的厚度/Fe为0.2—0.6nm， Pt层的厚 度^为0.4—1.8nm，生长周期数m为2—24;优选地，Fe层的厚度^为0.4nm， Pt 层的厚度&为1.2nm，生长周期数m为12，即[Fe(0.4nm)/Pt (1.2nm)]12。当所述磁性金属层全部为Co时，基片层上交替周期性生长的磁性金属层和Pt层 的结构表示为[Co (fe nm) /Pt Ot nm)],，其中Co层的厚度fc。为0.2—0.5nm， Pt.层的厚 度&为0.6—2nm，生长周期数i为2—4。当所述磁性金属层全部为CoFe时，基片层上交替周期性生长的磁性金属层和Pt 层的结构表示为[CoFe(^。Fenm) /Pt nm)]n，其中CoFe层的厚度fo^为0.2—0.5nm， Pt层的厚度&为0.6—2nm，生长周期数n为2—4;优选地，所述磁性金属层为Co9()Fe10， 其厚度,c。Fe为0.28nm，Pt层的厚度&为1.2nm，生长周期数n为3，即[Co90Fe10(0.28nm) /Pt(1.2nm)]3。当所述磁性金属层为Fe和CoFe的组合时，基片层上交替周期性生长的磁性金属 层和Pt层的结构表示为[CoFe(fc。Fenm) /Pt nm)V[Fe (/Fe nm) /Pt nm)]m，或者[Fe (fFc nm) /Pt Opt nm)]m /[CoFe (fc。Fenm) /Pt nm)V[Fe (rFe nm) /Pt nm)]m，其中Fe层 的厚度be为0.3—0.4nm， CoFe层的厚度fc。Fe为0.2—0.5nm, Pt层的厚度^为0.9— 2nm，生长周期数m为l一5， n为2—4;优选地，所述磁性金属层为Co卯FeH)和Fe 的组合，其中^^为0.2811111， /Fe为0.4nm， Pt层的厚度^为1.2nm，生长周期数n为 3， m为l—4,即[<:0卯？610(0.28腦)/ 1.211111)〗3/[ 6(0.411111)/ 1(1.211111)]卜4;优选地， 所述磁性金属层为Co9oFeH)和Fe的组合，其中化。Fe为0.3nm， ^为0.4nm， Pt层的厚 度&为1.2nm，生长周期数分别是m为1, n为2， m为1 ，即[Fe (0.4nm) /Pt (1.2 nm)]！/<formula>formula see original document page 6</formula>本专利技术提供两种上述金属多层膜霍尔器件的制备方法，第一种方法包括如下的步骤1) 在表面热氧化的硅基片上涂布光刻胶，并用紫外曝光机曝光，显影定影后，霍 尔测量图形部分的光刻胶己经除去，测量图形以外的硅基片仍被光刻胶覆盖；2) 采用真空沉积法，在步骤1)处理后的硅基片上镀上前述的磁性金属层和Pt 层，周期数视生长需要而定；3) 对镀完膜后的样品采用lift—off工艺去掉光刻胶，形成霍尔测量图形。本专利技术提供的第二种上述金属多层膜霍尔器件的制备方法，包括如下的步骤1) 采用真空沉积法，在表面热氧化的硅基片上直接交替地镀上前述的磁性金属层 和Pt层，周期数视生长需要而定；2) 在步骤1)镀完膜后的样品上涂布光刻胶，并用紫外曝光机曝光，显影定影后， 霍尔测量图形部分仍被光刻胶覆盖，而测量图形以外的光刻胶己经除去；3) 将步骤2)处理后的样品放入离子束刻蚀机中刻蚀，然后放入无水乙醇或者丙 酮中超声去掉光刻胶，最终获得霍尔测量图形。上述两种方法中采用所述的真空沉积法镀膜时，本底真空优于1(^Pa。本专利技术提供的金属霍尔器件由在硅基片上交替生长的磁性金属层和Pt层构成，磁 性金属选用Fe、 Co或/和CoFe合金。该金属霍尔器件具有超高灵敏度，在室温下甚 至可以达到1200V/AT，这已经超过了目前半导体霍尔器件的灵敏度。这是因为本专利技术 一方面利用了Pt的强自旋一轨道相互作用，获得了较高的霍尔电阻值；另一方面利用 了多层膜的可调的表面或界面各向异性，通过调节各层膜厚和周期数来调节界面各向 异性和形状各向异性，从而改变饱和场的大小，最终大大增加了霍尔斜率以及灵敏度。 例如，当磁性金属层为CoFe层时，由于CoFe/Pt多层膜具有垂直各向异性，通过各层 膜厚和周期数的调节，可以很容易获得一个负的有效各向异性场，从而大大减小了饱 和场，极大地提高了灵敏度。此外，通过CoFe/Pt和Fe/Pt的组合还可得到适用于不同 磁场范围的霍本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种金属多层膜霍尔器件，包括：一硅基片层，和在其上交替周期性生长的磁性金属层和Ｐｔ层；所述的磁性金属层的材料为Ｆｅ、Ｃｏ或／和Ｃｏ↓［１００－ｘ］Ｆｅ↓［ｘ］合金，０＜ｘ＜１００。
【技术特征摘要】
1、一种金属多层膜霍尔器件，包括一硅基片层，和在其上交替周期性生长的磁性金属层和Pt层；所述的磁性金属层的材料为Fe、Co或/和Co100-xFex合金，0＜x＜100。2、 如权利要求1所述的金属多层膜霍尔器件，其特征在于所述磁性金属层为 Fe，基片层上交替周期性生长的磁性金属层和Pt层的结构表示为[Fe (/Fe nm) /Pt nm)]m，其中Fe层的厚度^为0.2—0.6nm， Pt层的厚度fPt为0.4—1.8nm，生长周期 数m为2—24。3、 如权利要求2所述的金属多层膜霍尔器件，其特征在于所述的Fe层的厚度 /Fe为0.4nm， Pt层的厚度&为1.2nm，生长周期数m为12。4、 如权利要求1所述的金属多层膜霍尔器件，其特征在于所述磁性金属层为 Co，基片层上交替周期性生长的磁性金属层和Pt层的结构表示为[Co (/c。 nm) /Pt nm)],，其中Co层的厚度fc。为0.2—0.5nm， Pt层的厚度^为0.6—2nm，生长周期数 i为2—4。5、 如权利要求1所述的金属多层膜霍尔器件，其特征在于所述磁性金属层为 CoFe，基片层上交替周期性生长的磁性金属层和Pt层的结构表示为[CoFe(/c。Feiim)/Pt (/Ptnm)]n，其中CoFe层的厚度/c。Fe为0.2—0.5nm， Pt层的厚度&为0.6—2nm，生长 周期数n为2—4。6、 如权利要求5所述的金属多层膜霍尔器件，其特征在于所述磁性金属层为 Co9oFe1()，其厚度fc。Fe为0.28nm， Pt层的厚度&为1.2nm,生长周期数n为3。7、 如权利要求1所述的金属多层膜霍尔器件，其特征在于所述磁性金属层为 Fe和CoFe的组合时，基片层上交替周期性生长的磁性金属层和Pt层的结构表示为 [CoFe(fc。Feiim) /Pt nm)]n/[Fe (/Fe n...
【专利技术属性】
技术研发人员：竺云，蔡建旺，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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