[發(fā)明專利]用于霍爾元件的新型薄膜材料

無效

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• 申請(qǐng)日: 2010-03-12
• 公開（公告）號(hào): CN101789488A
• 公開（公告）日: 2010-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程雅慧;李魯艷;羅曉光;劉暉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南開大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L43/10
• 分類號(hào): H01L43/10;H01L43/14;H01L43/06
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種薄膜材料及其制備方法，特別是一種可以應(yīng)用于霍爾元件磁敏感活性層的Fe_2.95Pt_0.05O₄薄膜材料及其制備方法。?

背景技術(shù)

霍爾元件是利用活性層材料的霍爾效應(yīng)測(cè)量磁場(chǎng)的一種磁傳感器件，由活性層、電極及保護(hù)它們的封裝組成。目前，全世界對(duì)霍爾器件的年需求量在10億只以上，已在無刷電機(jī)、齒輪轉(zhuǎn)速檢測(cè)、過程控制中的無觸點(diǎn)開關(guān)、定位開關(guān)，汽車的安全裝置ABS(防抱死制動(dòng)系統(tǒng))，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火定時(shí)，電流電壓傳感器等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。其特點(diǎn)是無觸點(diǎn)傳感，可靠性高，用以檢測(cè)電流電壓，無插入損耗，且實(shí)現(xiàn)輸入和輸出信號(hào)的完全隔離、無過載損壞等。在磁性材料及測(cè)磁儀器的研究、地磁場(chǎng)圖的精確繪制、地質(zhì)勘探、航海、航空、航天等領(lǐng)域都有十分重要的用途。?

目前，霍爾元件中的活性層材料一般都采用硅、銻化銦、砷化銦等半導(dǎo)體材料，元件的尺寸較大，在亞毫米量級(jí)。又由于半導(dǎo)體材料的載流子濃度、遷移率等特征參數(shù)隨溫度變化很大，使霍爾元件的霍爾電阻率隨溫度變化很大，霍爾元件工作溫度受到限制。例如，一般霍爾元件的工作溫度是-40℃到150℃，如果要在更寬的溫度范圍內(nèi)，例如-270℃到200℃工作，必須組合使用多種型號(hào)的霍爾元件，這就進(jìn)一步加大了霍爾元件的尺寸，也使元件成本大大增加。為克服半導(dǎo)體活性層材料體積大、成本高、制備工藝復(fù)雜等缺點(diǎn)，必須尋找一種工作溫度寬、體積小、制備簡(jiǎn)單的替代材料。?

磁性薄膜材料中存在反常霍爾效應(yīng)，某些磁性薄膜的反常霍爾系數(shù)已經(jīng)與常規(guī)的半導(dǎo)體霍爾器件的霍爾系數(shù)接近；并且這類材料具有較高的溫度穩(wěn)定性，制備簡(jiǎn)單，能夠克服半導(dǎo)體霍爾材料工作溫度范圍窄、制備工藝復(fù)雜的缺點(diǎn)，提供了一種新的霍爾元件活性層材料。以這類磁性薄膜為活性層，霍爾元件的尺寸將降至亞微米量級(jí)。?

然而，以磁性薄膜作為活性層時(shí)也存在一些問題。一方面，為了盡量減小元器件尺寸，必須降低活性層的厚度。對(duì)于一般的磁性薄膜材料，當(dāng)厚度減小到一定臨界值(一般為納米尺度)以下時(shí)，材料有可能進(jìn)入超順磁態(tài)，此時(shí)磁化強(qiáng)度大大降低，霍爾電阻率也隨之大大降低，從而有可能使霍爾元件失效；另一方面，作為活性層材料的磁性薄膜一般電阻率較大，導(dǎo)電性差，因此需要更高的輸入電壓，這在實(shí)際應(yīng)用中增加了功率損耗，降低了元件的使用壽命。可見，必須尋找到一種新型的霍爾元件磁性活性層材料，使得其在厚度為納米級(jí)(500納米以下)的情況下仍保持較高的霍爾系數(shù)、較小的電阻率且具有良好的性能(高線性度等)。?

發(fā)明內(nèi)容

為了解決傳統(tǒng)的半導(dǎo)體霍爾元件體積大、工作溫度范圍窄、導(dǎo)電性差等問題，尋找一種更加經(jīng)濟(jì)實(shí)用、能夠在更寬的磁場(chǎng)范圍內(nèi)保持線性度的霍爾器件磁敏感層材料，本發(fā)明提供了一種全新的可以作為活性層的納米多晶薄膜及其制備方法，其化學(xué)式為Fe_2.95Pt_0.05O₃。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，使用該方法制備的Fe_2.95Pt_0.05O₃薄膜在2K-500K溫度范圍內(nèi)霍爾電阻率較高且大小幾乎不變，同時(shí)該薄膜電阻率較低，導(dǎo)電性好，并且線性度較好，體積小；即將此Fe_2.95Pt_0.05O₃薄膜材料作為活性層應(yīng)用于霍爾元件中，得到了一種性能優(yōu)異的全新的霍爾元件。該Fe_2.95Pt_0.05O₃薄膜的制備方法簡(jiǎn)單易行，容易控制，易于產(chǎn)業(yè)化，可以作為半導(dǎo)體的替代材料應(yīng)用于霍爾元件的磁敏感活性層。所制備的霍爾元件具有性能穩(wěn)定，檢測(cè)范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。?

本發(fā)明提供的納米晶Fe_2.95Pt_0.05O₃薄膜磁敏材料的厚度在4～400納米，優(yōu)選薄膜厚度8～350納米，最優(yōu)選10～200納米。?

本發(fā)明提供的納米晶Fe_2.95Pt_0.05O₃薄膜磁敏材料的制備方法可以采用磁控濺射、脈沖激光沉積、離子束濺射、化學(xué)氣相沉積等常規(guī)的薄膜制備方法；電極層可以位于活性層之下(薄膜與基片之間)，也可以位于活性層之上，電極層材料為金屬，厚度可以根據(jù)需要調(diào)整，制備方法為常規(guī)的薄膜制備方法；活性層和電極的形狀可以根據(jù)霍爾元件的需要制備，比如“十”字形，正方形，長(zhǎng)方形等；保護(hù)層為穩(wěn)定性較好的材料。?