一种用于磁敏传感器的磁性纳米多层膜及其制备方法，该磁性纳米多层膜包括由下至上依次叠合的基片、种子层、参考磁性层、中间层、探测磁性层和覆盖层，该参考磁性层用于将该探测磁性层的磁矩转动的信息转化成电信号，该探测磁性层用于感应被探测磁场，该磁性纳米多层膜为半开或闭合的环状结构以使该磁性纳米多层膜沿该环状结构的长度方向形成闭合磁路，该环状结构的宽度远小于该环状结构的边长，以利用该环状结构的形状各向异性和该闭合磁路使该探测磁性层的磁矩沿着该环状结构的边长方向。本发明专利技术还公开了该磁性纳米多层膜的制备方法。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及磁敏传感器领域，特别是一种基于不同几何形状的用于磁敏传感器的磁性纳米多层膜及其制备方法。
技术介绍
磁敏传感器无论在数据存储、机械定位、速度检测还是无伤探测等各领域都有很广泛而重要的应用前景。早期的磁敏传感器主要是基于具有霍尔效应的半导体材料和具有磁各向异性磁电阻(AMR)效应的磁性材料来制备然而这两类材料的磁场灵敏度都较低。随着自旋电子学的发展，基于巨磁电阻效应以及隧穿磁电阻效应的磁敏传感器得到了广泛的研究和应用。其主要原因是由于这两类磁敏传感器的磁场灵敏度较高，并且基于磁电阻效应尤其是巨磁电阻效应和隧穿磁电阻效应制作的器件，其生产工艺能和常规的半导体工艺相兼容，因此在工业上具有非常大的市场和广泛的用途。目前工业上大量应用的基于GMR和TMR两类磁电阻效应的磁敏传感器(比如:磁硬盘HDD中的磁读头)，基本上是采用埋入永磁薄膜的方法使得自旋阀结构中的自由层(即对外磁场敏感的层)与参考层(即被钉扎层)的磁矩实现90度垂直夹角，因而使自旋阀式的GMR纳米磁性多层膜或者磁性隧道结的磁电阻在外场下具有线性且无磁滞的响应。然而，在使用GMR自旋阀结构和磁性隧道结时需要埋入永磁薄膜的设计和制备方法大大增加了工艺难度和制造成本，而且很难将器件小型化。申请号为“200510135365”，名称为“一种环状磁性多层膜及其制备方法和用途”的中国专利技术专利申请所公开的环状磁性多层膜，其环状磁性多层膜的形状是圆环形状且必须是闭合的；申请号为“201010195799”，名称为“一种用于磁敏传感器的磁性纳米多层膜及其制造方法”的中国专利技术专利申请公开的磁性纳米多层膜，其调整两磁性层磁矩方向垂直的方法是在AFM和FM之间加入插入层来调节交换偏置的强度。虽然可简化制作工艺，降低制造成本，有利于器件单元的小型化，但无法避免杂散磁场的干扰，使得磁敏传感器的灵敏度受到一定影响。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种可有效降低杂散磁场以提高磁敏传感器的灵敏度的磁性纳米多层膜及其制备方法。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种用于磁敏传感器的磁性纳米多层膜，包括由下至上依次叠合的基片、种子层、参考磁性层、中间层、探测磁性层和覆盖层，所述参考磁性层用于将所述探测磁性层的磁矩转动的信息转化成电信号，所述探测磁性层用于感应被探测磁场，其中，所述磁性纳米多层膜为半开或闭合的环状结构以使所述磁性纳米多层膜沿所述环状结构的长度方向形成闭合磁路，所述环状结构的宽度远小于所述环状结构的边长，以利用所述环状结构的形状各向异性和所述闭合磁路使所述探测磁性层的磁矩沿着所述环状结构的边长方向。上述的磁性纳米多层膜，其中，所述环状结构的宽度为Inm?10mm，所述环状结构的边长为IOnm~100mm。上述的磁性纳米多层膜，其中，所述环状结构为半开或闭合的多边形、矩形、圆形或椭圆形。上述的磁性纳米多层膜，其中，所述参考磁性层为直接钉扎结构或间接钉扎结构，所述探测磁性层为自由结构、直接钉扎结构或间接钉扎结构。上述的磁性纳米多层膜，其中，所述间接钉扎结构包括AFM/NM/FM、AFM/匪1/FM1/NM2/FM2、AFM/NM/SAF 或 AFM/NM1/SAF1/NM2/SAF2，所述直接钉扎结构包括 AFM/FM、AFM/SAF或 AFM/SAF1/NM/SAF2。上述的磁性纳米多层膜，其中，所述自由结构包括FM、SAF或SAF1/NM/SAF2。上述的磁性纳米多层膜，其中，所述的SAF、SAFl及SAF2为人工反铁磁结构，该人工反铁磁结构包括FM1/NM/FM2或FMl/[NM/FM/NM]n/FM2，其中N≥1，所述FM1、FM2和/或FM的厚度为I~10nm，所述匪的厚度为0.3~5nm。上述的磁性纳米多层膜，其中，所述环状结构为半开的矩形，所述半开的矩形包括顺序连接的三条整边和一条带缺口的边。上述的磁性纳米多层膜，其中，所述探测磁性层及所述参考磁性层均为钉扎结构时，所述探测磁性层中的反铁磁性层的交换偏置强度低于所述参考磁性层中的反铁磁性层的交换偏置强度。上述的磁性纳米多层膜，其中，所述探测磁性层及所述参考磁性层均为钉扎结构时，所述探测磁性层中的反铁磁性层的布洛赫温度低于所述参考磁性层中的反铁磁性层的布洛赫温度。上述的磁性纳米多层膜，其中，所述探测磁性层和所述参考磁性层的磁矩夹角为O。~360。。为了更好地实现上述目的，本专利技术还提供了一种用于磁敏传感器的磁性纳米多层膜的制备方法，用于制造半开或闭合的环状结构的磁性纳米多层膜，其中，包括如下步骤:S1、沉积形成包括由下至上依次叠合的基片、种子层、参考磁性层、中间层、探测磁性层和覆盖层的磁性纳米多层膜；S2、在所述磁性纳米多层膜上通过光刻的方法加工出底电极；S3、在所述底电极上加工出所需的半开或闭合的环状结构的磁性纳米多层膜；S4、通过沉积金属和光刻工艺加工所述磁性纳米多层膜的顶电极；S5、对步骤S4制备的磁性纳米多层膜进行真空带磁场退火处理。上述的磁性纳米多层膜的制备方法，其中，在步骤S5中，所述退火处理包括:S51、第一次退火，退火温度高于所述参考磁性层的布洛赫温度，所加的磁场方向垂直于所述磁性纳米多层膜的结区的长轴方向；S52、第二次退火，退火温度低于所述参考磁性层的布洛赫温度，所加的磁场方向沿所述磁性纳米多层膜的结区的长轴方向。上述的磁性纳米多层膜的制备方法，其中，在步骤S3中包括:S31、在步骤SI沉积好的磁性纳米多层膜上涂上正性光刻胶，然后利用底电极的掩模版，进行接触式紫外曝光，再利用显影液进行显影，之后用Ar离子刻蚀刻到基片，得到底电极的形状；S32、在形成所述底电极的磁性纳米多层膜表面涂上光刻胶，再利用所需的半开或闭合的环状结构的所述磁性纳米多层膜的掩模版，进行曝光显影，最后进行Ar离子刻蚀，刻过所述探测磁性层得到所述磁性纳米多层膜的形状以使仅所述探测磁性层具有形状各向异性和闭合磁路结构，或刻过所述参考磁性层得到所述磁性纳米多层膜的形状以使所述探测磁性层和所述参考磁性层都具有形状各向异性和闭合磁路结构；S33、利用磁控溅射沉积SiO2层，该SiO2层用于使多个所述磁性纳米多层膜之间相互绝缘及使所述底电极与即将沉积的顶电极相互绝缘；再把覆盖在所述磁性纳米多层膜上的所述正性光刻胶及所述SiO2层一同剥离，使所述磁性纳米多层膜的结区暴露。本专利技术的技术效果在于:本专利技术的磁性纳米多层膜采用闭合磁路设计，可以保证杂散磁场大大降低，从而大幅度提高磁敏传感器的灵敏度，且其加工工艺简单，易于实现，制造成本低。以下结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细描述，但不作为对本专利技术的限定。【附图说明】图1为本专利技术一实施例的磁性纳米多层膜的结构示意图；图2A为本专利技术一实施例的底电极形状示意图；图2B为本专利技术一实施例的底电极和磁性纳米多层膜的形状示意图；图2C为本专利技术一实施例的底电极、磁性纳米多层膜、顶电极的形状示意图；图2D为图2C的横向截面示意图；图3A-3C为本专利技术不同形状的磁性纳米多层膜形状示意图；图4A为本专利技术中的磁性纳米多层膜的参考磁性层和探测磁性层磁矩方向相互垂直的不意图；图4B为本专利技术中的磁性纳米多层膜的参考磁性层和探测磁性层磁矩方向夹角为0°?360°范围内任意角度的示意图；图5本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于磁敏传感器的磁性纳米多层膜，包括由下至上依次叠合的基片、种子层、参考磁性层、中间层、探测磁性层和覆盖层，所述参考磁性层用于将所述探测磁性层的磁矩转动的信息转化成电信号，所述探测磁性层用于感应被探测磁场，其特征在于，所述磁性纳米多层膜为半开或闭合的环状结构以使所述磁性纳米多层膜沿所述环状结构的长度方向形成闭合磁路，所述环状结构的宽度远小于所述环状结构的边长，以利用所述环状结构的形状各向异性和所述闭合磁路使所述探测磁性层的磁矩沿着所述环状结构的边长方向。
【技术特征摘要】
1.一种用于磁敏传感器的磁性纳米多层膜，包括由下至上依次叠合的基片、种子层、参考磁性层、中间层、探测磁性层和覆盖层，所述参考磁性层用于将所述探测磁性层的磁矩转动的信息转化成电信号，所述探测磁性层用于感应被探测磁场，其特征在于，所述磁性纳米多层膜为半开或闭合的环状结构以使所述磁性纳米多层膜沿所述环状结构的长度方向形成闭合磁路，所述环状结构的宽度远小于所述环状结构的边长，以利用所述环状结构的形状各向异性和所述闭合磁路使所述探测磁性层的磁矩沿着所述环状结构的边长方向。2.如权利要求1所述的磁性纳米多层膜，其特征在于，所述环状结构的宽度为Inm~IOmm,所述环状结构的边长为IOnm~100mm。3.如权利要求1或2所述的磁性纳米多层膜，其特征在于，所述环状结构为半开或闭合的多边形、矩形、圆形或椭圆形。4.如权利要求3所述的磁性纳米多层膜，其特征在于，所述环状结构为半开的矩形，所述半开的矩形包括顺序连接的三条整边和一条带缺口的边。5.如权利要求1、2或4所述的磁性纳米多层膜，其特征在于，所述参考磁性层为直接钉扎结构或间接钉扎结构，所述探测磁性层为自由结构、直接钉扎结构或间接钉扎结构。6.如权利要求5所述的磁性纳米多层膜，其特征在于，所述间接钉扎结构包括AFM/NM/FM、AFM/NM1/FM1/NM2/FM2、AFM/NM/SAF 或 AFM/NM1/SAF1/NM2/SAF2，所述直接钉扎结构包括 AFM/FM、AFM/SAF 或 AFM/SAF1/NM/SAF2。7.如权利要求5所述的磁性纳米多层膜，其特征在于，所述自由结构包括FM、SAF或SAF1/NM/SAF2。8.如权利要求6或7所述的磁性纳米多层膜，其特征在于，所述的SAF、SAFl及SAF2为人工反铁磁结构，该人工反铁磁结构包括FM1/NM/FM2或FMl/[NM/FM/匪]N/FM2，其中，N≥1，所述FM1、FM2和/或FM的厚度为I~10nm，所述NM的厚度为0.3~5nm。9.如权利要求1、2、4、6或7所述的磁性纳米多层膜，其特征在于，所述探测磁性层及所述参考磁性层均为钉扎结构时，所述探测磁性层中的反铁磁性层的交换偏置强度低于所述参考磁性层中的反铁磁性层的交换偏置强度。10.如权利要求1、2、4、6或7所述的磁性纳米多层膜，其特征在于，所述探测磁...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴昊，丰家峰，陈军养，韩秀峰，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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