[發明專利]一種用于磁敏傳感器的磁性納米多層膜及其制造方法

有效

• 申請號: 201010195799.6
• 申請日: 2010-06-01
• 公開（公告）號: CN102270736A
• 公開（公告）日: 2011-12-07
• 發明（設計）人: 馬勤禮;劉厚方;韓秀峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: H01L43/08
• 分類號: H01L43/08;H01L43/12;G01R33/09
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司 11280
• 代理人: 王勇

技術領域

本發明屬于自旋電子學材料和磁敏傳感器領域，具體地說，涉及一種用于磁敏傳感器的磁性納米多層膜及其制造方法。

背景技術

磁敏傳感器無論在數據存儲、機械定位、速度檢測還是無傷探測等各領域都有很廣泛而重要的應用前景。早期的磁敏傳感器主要是基于具有霍爾效應的半導體材料和具有磁各向異性磁電阻(AMR)效應的磁性材料來制備，然而這兩類材料的磁場靈敏度都較低。隨著自旋電子學的發展，基于巨磁電阻效應以及隧穿磁電阻效應的磁敏傳感器得到了廣泛的研究和應用。其主要原因是由于這兩類磁敏傳感器的磁場靈敏度較高，并且基于磁電阻效應尤其是巨磁電阻效應和隧穿磁電阻效應制作的器件，其生產工藝能和常規的半導體工藝相兼容，因此在工業上具有非常大的市場和廣泛的用途。

目前工業上大量應用的基于GMR和TMR兩類磁電阻效應的磁敏傳感器(比如：磁硬盤HDD中的磁讀頭)，基本上是采用埋入永磁薄膜的方法使得自旋閥結構中的自由層(即對外磁場敏感的層)與參考層(即被頂扎層)的磁矩實現90度垂直夾角，因而使自旋閥式的GMR納米磁性多層膜或者磁性隧道結的磁電阻在外場下具有線性且無磁滯的響應。然而，在使用GMR自旋閥結構和磁性隧道結時需要埋入永磁薄膜的設計和制備方法大大增加了工藝難度和制造成本，而且很難將器件小型化。

發明內容

因此，本發明的目的在于克服上述現有技術的缺陷，提供一種具有線性磁電阻特性的用于磁敏傳感器的磁性納米多層膜及其制造方法。

本發明的上述目的是通過以下技術方案實現的：

根據本發明的第一方面，提供一種用于磁敏傳感器的磁性納米多層膜，由下至上依次包括：

基片；

底層；

參考磁性層；

中間層；

探測磁性層；和

覆蓋層；

其中所述參考磁性層具有釘扎結構，用于將探測磁性層磁矩轉動的信息轉化成電信號，所述探測磁性層具有釘扎結構，用于感應被探測磁場。

在上述磁性納米多層膜中，所述釘扎結構包括間接釘扎結構，該間接釘扎結構包括反鐵磁性層(AFM)/第一鐵磁性層(FM1)/非磁性金屬層(NM)/第二鐵磁性層(FM2)，或者包括反鐵磁性層(AFM)/非磁性金屬層(NM)/鐵磁性層(FM)。

在上述磁性納米多層膜中，所述釘扎結構包括直接釘扎結構，所述直接釘扎結構包括反鐵磁性層(AFM)/鐵磁性層(FM)。

在上述磁性納米多層膜中，所述探測磁性層中反鐵磁性層的交換偏置強度低于所述參考磁性層中反鐵磁性層的交換偏置強度。

在上述磁性納米多層膜中，當所述上、參考磁性層均采用間接頂扎結構時，所述探測磁性層中反鐵磁性層的布洛赫溫度低于所述參考磁性層中反鐵磁性層的布洛赫溫度。

在上述磁性納米多層膜中，所述探測磁性層和所述參考磁性層的反鐵磁性層由不同反鐵磁性材料制成，或由厚度不同的同一反鐵磁性材料制成。

在上述磁性納米多層膜中，所述反鐵磁性材料包括具有反鐵磁性的合金或氧化物。

在上述磁性納米多層膜中，所述鐵磁性層(FM)、第一鐵磁性層(FM1)和第二鐵磁性層(FM2)由鐵磁性金屬或其合金制成，厚度為1～20nm；或由稀磁半導體材料或半金屬材料制成，厚度為2.0～50nm。

在上述磁性納米多層膜中，所述中間層包括非磁性金屬層或絕緣勢壘層。

在上述磁性納米多層膜中，所述底層包括由非磁性金屬層制成的單層或多層薄膜，厚度為3～50nm。

在上述磁性納米多層膜中，所述覆蓋層包括由金屬材料制成的單層或多層薄膜，厚度為2～40nm。

根據本發明的第二方面，提供一種磁性納米多層膜的制造方法，該方法包括以下步驟：

1)選取基底；

2)在該基底上由下之上依次沉積底層、參考磁性層、中間層、探測磁性層和覆蓋層；

3)將步驟2)所得產物在磁場下第一次真空退火，該第一退火溫度大于所述參考磁性層中反鐵磁性層的布洛赫溫度T_B1；

4)將步驟3)所得產物在磁場下第二次真空退火，其第二退火溫度小于所述參考磁性層中反鐵磁性層的布洛赫溫度T_B1且大于所述探測磁性層中反鐵磁性層的布洛赫溫度T_B2，所述第一次退火及第二次退火的磁場方向相互垂直。

在上述方法中，所述步驟2)中生長參考磁性層的步驟包括：