[發明專利]基于薄膜/多層膜納米磁電子器件的無掩模制備方法

無效

• 申請號: 200710133293.0
• 申請日: 2007-09-27
• 公開（公告）號: CN101140978A
• 公開（公告）日: 2008-03-12
• 發明（設計）人: 王寅崗;李子全;周廣宏
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H01L43/12
• 分類號: H01L43/12;H01L41/22
• 代理公司: 南京蘇高專利事務所
• 代理人: 闕如生

所屬技術領域

本發明涉及一種基于薄膜/多層膜納米磁電子器件的無掩模制備的方法，屬于磁電子器件制造技術領域。

背景技術

1988年以來，隨著交流阻抗隨外磁場而變化的巨磁阻抗材料、電阻率隨外磁場而變化的巨磁電阻材料和幾何尺寸隨外磁場而伸縮變化的巨磁致伸縮材料的問世，出現了磁電子器件這一新概念。基于多層膜巨磁電阻材料和自旋隧道結磁電阻材料的磁阻傳感器比目前廣泛應用的基于各向異性磁電阻材料傳感器具有更大的磁電阻效應，靈敏度及信噪比更高，應用范圍更廣，可廣泛應用于信息技術、車輛工業、生物醫學、儀器儀表以及空間技術。目前，在國際上已將基于多層膜巨磁電阻材料和自旋隧道結磁電阻材料的磁電子傳感器應用于磁場測量、電流測量、位置測量、位移與速度測量、應變測量、DNA檢測等領域。

1975年，法國學者Julliere利用金屬掩模法制備出Fe/Ge/Co結構的磁性隧道結，此后的二十多年，人們一直致力于金屬掩模法制備各種磁性電子器件。目前用于制備基于磁性納米薄膜/多層膜的微米、亞微米和納米磁電子傳感器芯片的方法主要有光刻、電子束微影技術、離子束刻蝕及化學反應刻蝕等，其中光刻技術結合離子束或化學反應刻蝕是微加工工藝中具有較低成本、可大規模生產的工藝；電子束微影技術可以制備納米級器件，是高度集成化磁電子器件的首選工藝，兩者均獲得廣泛應用。但采用光刻技術制備亞微米級器件比較困難，對制備納米級器件更是無能為力；而電子束微影技術設備要求很高，而且兩者均具有需要預制掩模，工藝復雜，生產周期長的缺點，不適合于單件、小批量生產和新產品的試制。

發明內容

本發明的目的在于克服現有光刻、電子束微影技術、離子束刻蝕及化學反應刻蝕技術中需要預制掩模，工藝復雜，生產周期長，不適合于單件、小批量生產和新產品的試制的缺點，提供一種無需制備掩模、方法簡單、效率高的加工制作納米磁電子器件的新方法。

一種基于薄膜/多層膜納米磁電子器件的無掩模制備方法，其特征在于包括以下步驟：

(1)、按襯底、緩沖層、磁性層、保護層的順序沉積制作磁性器件基體，在沉積磁性層時，根據需要施加50～500Oe的平面誘導磁場或沉積完成后進行必要磁場熱處理；

(2)、利用聚焦鎵離子工作站作為加工設備，進行無掩膜離子輻照加工；

(3)、其中離子輻照參數為：離子輻照的劑量為1×10¹³～1×10¹⁸ions/cm²，離子束能量為20～30keV，離子束流為100pA～5nA；

(4)、利用聚焦離子束工作站在磁性薄膜器件的周圍沉積出所需的電極。

其中磁性薄膜/多層膜為磁記錄薄膜/多層膜時，輻照參數優選范圍：離子輻照的劑量為1×10¹³～5×10¹⁴ions/cm²，離子束能量為20～30keV，離子束流為100pA～5nA；

其中磁性薄膜/多層膜為鐵磁薄膜時，輻照參數優選范圍：離子輻照的劑量為1×10¹⁴～1×10¹⁵ions/cm²，離子束能量為20～30keV，離子束流為100pA～5nA；

其中磁性薄膜/多層膜為自旋閥結構多層膜時，輻照參數優選范圍：離子輻照的劑量為5×10¹⁴～5×10¹⁵ions/cm²，離子束能量為20～30keV，離子束流為100pA～5nA；

其中磁性薄膜/多層膜為自旋隧道結結構多層膜時，輻照參數優選范圍：離子輻照的劑量為1×10¹⁵～5×10¹⁶ions/cm²，離子束能量為20～30keV，離子束流為100pA～5nA；

其中磁性薄膜為磁致伸縮薄膜時，輻照參數優選范圍：離子輻照的劑量為1×10¹⁷～1×10¹⁸ions/cm²，離子束能量為20～30keV，離子束流為100pA～5nA；

本發明采用聚焦(鎵)離子束技術，通過破壞或改變部分材料的磁性能達到現有掩模法中必須的去除材料的目的，即以“去除磁性”實現“去除材料”的目的。利用聚焦(鎵)離子工作站輻照上述磁性薄膜/多層膜獲得特定形狀的磁敏感單元，如三角形、矩形、正六邊形、圓形、橢圓形或其它給定圖案。