磁电阻传感器及其制造方法技术

本发明专利技术大体涉及磁电阻传感器及其制造方法。该磁电阻传感器包括被布置在衬底的波纹和/或阶梯式表面上的连续石墨烯层。至少两个导电元件与该石墨烯层接触。该石墨烯层基本上与衬底的波纹和/或阶梯式表面一致。与衬底的波纹和/或阶梯式表面一致。与衬底的波纹和/或阶梯式表面一致。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】磁电阻传感器及其制造方法


[0001]本专利技术大体涉及磁电阻传感器及其制造方法。

技术介绍

[0002]磁电阻(magnetoresistance or magnetoresistive，MR)传感器广泛使用于日常应用中，其中磁电阻值是一个重要的指标。磁电阻传感器是一种非常小的被设计为感应外加磁场的部件。由于不需要物理接触或电接触，该传感器可以在相对较大的气隙中对磁畴进行直接、非侵入式的感应和成像。为了使嵌入成为可能，磁电阻传感器被设计得很小，并且以很少的功率运行。
[0003]磁电阻是材料在外加磁场中改变其电阻值的趋势。电阻可以根据场线相对于电流方向的方向增加或减少。
[0004]磁电阻传感器有着广泛的应用，其中大部分应用都是围绕检测物体的位置或存在而展开的。可以将磁电阻传感器嵌入医疗柜抽屉中，以识别其是否处于打开或关闭位置。跑步机可以使用磁电阻传感器作为一种失能开关，如果安全钥匙被取下，跑步机就会停用。在信息存储应用中，可以使用对低(杂散)磁场极为敏感的MR读取传感器从磁性硬盘中检索数据。
[0005]受对高灵敏度、低能耗、高温工作、低成本和现成可用的MR传感器的巨大需求的促使，研究人员一直在研究制造MR传感器的各种方法和合适材料。
[0006]目前市场上的MR传感器往往体积庞大，当缩小到纳米级时，存在需要解决空间分辨率的问题。对于传统的基于3D材料的巨磁电阻(giant MR，GMR)或隧道磁电阻(tunnelling MR，TMR)自旋阀传感器，缩小尺寸将导致热磁噪声和自旋转矩不稳定，限制空间分辨率和灵敏度。尽管超导量子干涉器件(Superconducting Quantum Interference Device，SQUID)可以提供优异的磁灵敏度，但由于其空间分辨率和低温操作差，对其的利用受到限制。另一方面，虽然磁力显微镜(Magnetic Force Microscopy，MFM)和自旋极化扫描隧道显微镜(spin
‑
polarized Scanning Tunnelling Microscopy，sp
‑
STM)技术可以提供高空间分辨率，但这些技术由于使用了磁头而具有侵入性。
[0007]希望克服或改善至少一个上述问题，或至少提供一个有用的替代方案。

技术实现思路

[0008]本专利技术提供一种磁电阻传感器，包括：
[0009]a)具有波纹和/或阶梯式表面的衬底；
[0010]b)连续石墨烯层，被布置在该衬底的波纹和/或阶梯式表面上；和
[0011]c)与该石墨烯层接触的至少两个导电元件；
[0012]其中该石墨烯层基本上与该衬底的波纹和/或阶梯式表面一致。
[0013]有利地，通过使石墨烯层与波纹和/或阶梯式表面一致，在高达约400K的情况下可以获得稳定的磁电阻。在300K和400K、垂直磁场为9.0T时，也可以获得约2000％的磁电阻性
能。磁电阻传感器是稳定的，并能够在至少10μT的宽磁场范围内工作。波纹和/或阶梯式衬底也可以用作栅极介质层，并且栅极电压可以应用于调整石墨烯层的迁移率和载流子密度。
[0014]在一些实施方案中，该衬底的波纹和/或阶梯式表面包括至少一个波峰组成部分和一个波谷组成部分。
[0015]在其他实施方案中，该衬底的波纹和/或阶梯式表面包括至少两个波峰组成部分和两个波谷组成部分。
[0016]在一些实施方案中，该衬底的波纹和/或阶梯式表面选自楼梯结构、方波结构、三角波结构、正弦波结构或其组合。
[0017]在一些实施方案中，该波纹和/或阶梯式表面具有至少100nm的峰间距离。
[0018]在一些实施方案中，该波纹和/或阶梯式表面具有至少100nm的谷间距离。
[0019]在一些实施方案中，该波纹和/或阶梯式表面上的组成部分具有约5nm至约50nm的高度。
[0020]在一些实施方案中，该石墨烯层是单个石墨烯单原子层。
[0021]在一些实施方案中，该石墨烯层与该衬底的波纹和/或阶梯式表面接触。
[0022]在一些实施方案中，该至少两个导电元件独立地选自Cr、Au、Ti、Pd或其组合。
[0023]在一些实施方案中，该至少两个导电元件独立地具有约2nm至约150nm的厚度。
[0024]在一些实施方案中，该衬底选自二氧化硅、氮化硅、碳化硅、氮化硼、二硫化钼、二碲化钼、二硒化钨、二硫化钨和复合氧化物，例如钛酸锶。
[0025]本专利技术还提供了一种制造磁电阻传感器的方法，包括：
[0026]a)在衬底上形成波纹和/或阶梯式表面；
[0027]b)在该衬底的波纹表面上布置连续的石墨烯层；和
[0028]c)使至少两个导电元件与该石墨烯层接触；
[0029]其中，该石墨烯层基本上与该衬底的波纹和/或阶梯式表面一致。
[0030]有利地，该方法易于扩展。
[0031]在一些实施方案中，通过使用光刻和等离子体蚀刻、电子束光刻和等离子蚀刻或金属掩模和等离子蚀刻形成该衬底上的波纹和/或阶梯式表面。
[0032]在一些实施方案中，通过聚合物冲压或化学气相沉积(chemical vapour deposition，CVD)将该石墨烯层布置在该衬底的波纹和/或阶梯式表面上。
附图说明
[0033]现在将参考以下附图以非限制性示例的方式描述本专利技术的实施方案，附图中：
[0034]图1例示了不同波纹衬底的示意图；
[0035]图2示出了示例传感器的横截面图，以及该传感器的俯视图的光学显微照片；
[0036]图3示出了显示了示例传感器的外形的AFM显微照片和高度剖面图；
[0037]图4是在300K时示例性传感器的磁电阻(％)与磁场(T)的曲线图；
[0038]图5是在400K时图4的传感器的磁电阻(％)与磁场(T)的曲线图；
[0039]图6例示了示例性传感器的表面外形特征及其相应的磁电阻(％)曲线图；
[0040]图7例示了具有阶梯式表面的示例性传感器的表面外形特征及其相应的磁电阻
(％)曲线图；
[0041]图8是在磁电阻传感器上形成电触点的过程的示意图；
[0042]图9例示了波纹表面及其相应间距的一些示例；
[0043]图10是制造磁电阻传感器的示例过程的流程图；
[0044]图11示出了根据某些实施方案的磁电阻传感器的三种替代器件配置；
[0045]图12示意性地描述了被布置为扫描探针磁强计一部分的磁电阻传感器；
[0046]图13例示了磁电阻传感器作为定位传感器或速度计的应用；
[0047]图14例示了磁电阻传感器在助听器或无线耳塞中的应用；和
[0048]图15例示了磁电阻传感器在无损裂纹检测中的应用。
具体实施方式
[0049]本专利技术以这样的理解为前提，即单层电子导电材料足以制作磁本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种磁电阻传感器，包括：a)衬底，其具有波纹和/或阶梯式表面；b)连续的石墨烯层，其被布置在所述衬底的所述波纹和/或阶梯式表面上；和c)与所述石墨烯层接触的至少两个导电元件；其中，所述石墨烯层基本上与所述衬底的所述波纹和/或阶梯式表面一致。2.根据权利要求1所述的磁电阻传感器，其中，所述衬底的所述波纹和/或阶梯式表面包括至少一个波峰组成部分和一个波谷组成部分。3.根据权利要求1或2所述的磁电阻传感器，其中，所述衬底的所述波纹和/或阶梯式表面包括至少两个波峰组成部分和两个波谷组成部分。4.根据权利要求3所述的磁电阻传感器，其中，所述衬底的所述波纹和/或阶梯式表面选自楼梯结构、方波结构、三角波结构、正弦波结构及其组合。5.根据权利要求3或4所述的磁电阻传感器，其中，所述波纹和/或阶梯式表面具有至少100nm的峰间距离。6.根据权利要求1至5中任一项所述的磁电阻传感器，其中，所述波纹和/或阶梯式表面具有至少100nm的谷间距离。7.根据权利要求1至6中任一项所述的磁电阻传感器，其中，所述波纹和/或阶梯式表面上的组成部分具有约5nm至约50nm的高度。8.根据权利要求1至7中任一项所述的磁电阻传感器，其中，所述石墨烯层是单个石墨烯单原子层。9.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡俊雄，阿里安多，陈俊佑，简国威，安东尼奥，
申请(专利权)人：新加坡国立大学，
类型：发明
国别省市：