[發明專利]一種基于垂直磁化自由層的磁性多層膜及磁性傳感器

無效

• 申請號: 201210094191.3
• 申請日: 2012-04-01
• 公開（公告）號: CN102623018A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 曾中明;張寶順
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: G11B5/31
• 分類號: G11B5/31;G11B5/39
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種具有膜狀結構的磁性元件，尤其涉及一種基于垂直磁化自由層的磁性元件及基于該多層膜的磁阻（MR）傳感器。

背景技術

在信息數據存儲系統中，磁頭主要由磁阻傳感器（MR，magnetoresistive）組成。通常情況下，磁阻傳感器至少包括參考層、隔離層和自由層，其中自由層也叫敏感層，其磁化狀態容易隨磁通密度變化而發生改變，進而導致輸出電壓發生改變。磁阻變化大小取決于兩磁性層（自由層與參考層）之間的夾角。

隨著存儲密度的增加，磁阻傳感器的尺寸相應地越來越小。對平衡磁化方向為面內的常規磁阻傳感器而言，為了獲得較好的線性輸出（或響應），一種方法是利用磁性材料的形狀各向異性;?第二種方法采用特殊設計（如惠斯通橋）進行補償，使器件復雜化。這兩種方法都不利于器件的小型化。而且，對采用面內磁化材料的常規磁阻傳感器而言，尺寸小還會帶來一系列的問題，如敏感層的磁化狀態易受熱效果和外界磁場影響，進而導致噪音增加和不穩定性;?同時，在小尺寸下敏感層的磁化方向還可能會偏離面內平衡方向，這導致輸出信號的減弱。因此，利用材料的形狀化的面內磁化方案難以滿足微小化要求。

發明內容

本發明的目的之一在于提供一種基于垂直磁化自由層的磁性多層膜，從而克服現有技術中的不足。

為實現上述發明目的，本發明采用了如下技術方案：

一種基于垂直磁化自由層的磁性多層膜，包括：

具有面內平衡磁化狀態的第一磁性層;?

形成于第一磁性層之上的非磁性隔離層；

以及，形成于非磁性隔離層之上的具有垂直磁化的磁性自由層。

作為優選的方案，所述非磁性隔離層采用厚度為1.0?nm～6.0?nm的非磁性金屬層和/或厚度為0.5?nm～3.0?nm的隧道絕緣層。

進一步的，所述非磁性隔離層優選采用無機材料絕緣膜和/或有機材料絕緣膜，所述無機材料絕緣膜可優選自金屬氧化物絕緣膜、金屬絕緣氮化膜、類金剛石薄膜、EuS薄膜和Ga₂O₃薄膜中的任意一種或兩種以上的組合，但不限于此。

所述金屬氧化物或金屬氮化物是由能構成絕緣層的金屬元素經氧化或氮化形成，所述金屬元素可優選自Al、Ta、Zr、Zn、Sn、Nb和Mg中的任意一種或兩種以上的組合，但不限于此。

作為優選的方案，所述第一磁性層主要由具有面內平衡磁化狀態的磁性材料制成，所述磁性材料優選采用具有磁性的合金和/或化合物。

進一步的，所述磁性材料可優選自3d過渡族磁性金屬或其合金、4f稀土金屬或其合金和半金屬磁性材料中的任意一種或兩種以上的組合，但不限于此；

所述3d過渡族磁性金屬或其合金可優選自Fe、Co、Ni、CoFe、NiFe和CoFeB中的任意一種或兩種以上的組合，但不限于此；

所述半金屬磁性材料可優選自Fe₃O₄、CrO₂、La_0.7Sr_0.3MnO₃和Heussler合金中的任意一種或兩種以上的組合，但不限于此。

作為優選的方案，所述磁性自由層由具有垂直磁化的磁性材料制成，所述磁性材料可優選自Fe、CoFeB、Co/Pt、Co/Pd、Co/Ni、Cu/Ni和TeFeCoAl中的任意一種或兩種以上的組合，但不限于此。

作為優選的方案，該磁性多層膜還可包括反鐵磁性層，前述第一磁性層形成于該反鐵磁性層之上。

進一步的，所述反鐵磁性層優選由反鐵磁性合金和/或反鐵磁性化合物形成；

所述反鐵磁性合金可優選自Pt-Mn、Pd-Mn、Fe-Mn、Ir-Mn和Rh-Mn中的任意一種或兩種以上的組合，但不限于此。

本發明的另一目的在于提供一種磁性傳感器，它包含如上所述的磁性多層膜。

藉由前述結構，本發明磁性多層膜中兩個磁性層的磁化方向呈90°，在制成磁傳感器時具有尺寸小、分辨率高以及結構簡單等特點。

附圖說明

圖1是本發明基于垂直磁化自由層的磁性傳感器的結構示意圖；

圖2是圖1所示磁性傳感器的磁場響應曲線示意圖；

圖3是本發明實施例1中基于垂直磁化自由層的磁性傳感器的結構示意圖；

圖4是本發明實施例2中基于垂直磁化自由層的磁性傳感器的結構示意圖；

圖5是本發明實施例3中基于垂直磁化自由層的磁性傳感器的結構示意圖。