[發(fā)明專利]一種基于反鐵磁自旋轉(zhuǎn)向現(xiàn)象的傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310136977.1
• 申請日: 2013-04-19
• 公開（公告）號: CN103235274A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄒呂寬;蔡建旺
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院物理研究所
• 主分類號: G01R33/09
• 分類號: G01R33/09;H01L43/08
• 代理公司: 北京和信華成知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11390
• 代理人: 王藝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及磁電子學(xué)領(lǐng)域，具體的說涉及一種基于反鐵磁spin?flop(自旋轉(zhuǎn)向)現(xiàn)象的傳感器。

背景技術(shù)

磁傳感器已經(jīng)深入到現(xiàn)代社會的方方面面，而將它與生物醫(yī)藥領(lǐng)域的標(biāo)記分子探測相結(jié)合，對于特殊病癥的診斷和慢性病的早期發(fā)現(xiàn)都有很大幫助。其具體的工作方式和原理如下：采用特殊的方法將直徑在幾十納米范圍的磁性顆粒與包含特定生物素的有機分子結(jié)合制備成所謂的“磁性生物標(biāo)記分子”。因為這些“磁性生物標(biāo)記分子”中包含特定的生物素，如果這類生物素只與病灶部位的蛋白質(zhì)結(jié)合的話，那么人體服用了以后，它將隨著血液循環(huán)到達(dá)病灶并停留在那里。這樣一來，施加一個適合的外磁場(H₀)使納米磁性顆粒磁化，顆粒被磁化后會產(chǎn)生雜散場(ΔH)，那么用磁傳感器探測雜散場(ΔH)的來源位置和大小，就可以知道納米磁性顆粒所在的位置和數(shù)量，從而就知道病灶的位置和病變程度。

需要強調(diào)的是，“磁性生物標(biāo)記分子”中所采用的磁性顆粒直徑在幾十納米范圍，為超順磁顆粒，它們在外磁場方向的磁矩一般在數(shù)百奧斯特(飽和前)的范圍內(nèi)與外磁場幾乎成線性關(guān)系，因此雜散場的大小除了正比于“磁性生物標(biāo)記分子”的數(shù)目(N)，還正比于外磁場(H₀)。這就意味著，對于磁電阻傳感器與帶有超順磁顆粒的“磁性生物標(biāo)記分子”系統(tǒng)而言，其輸出信號的大小(ΔR)實際上正比于生物標(biāo)記分子數(shù)目(N)、外磁場(H₀)以及傳感器自身在該偏置磁場強度下的磁場靈敏度三者的乘積，即：

ΔR=R0*NH0(dMRdH)H0*ΔH]]>

所以的乘積大小(而不僅僅是)才是決定磁性生物傳感器性能優(yōu)劣的關(guān)鍵參數(shù)。然而，目前報導(dǎo)的絕大多數(shù)磁性生物傳感器都是常規(guī)的各向異性磁電阻效應(yīng)或巨磁電阻效應(yīng)傳感器。對于此類常規(guī)磁傳感器，它們的磁電阻曲線是過原點的直線，它們的顯然是反比于傳感器的飽和場的。這導(dǎo)致H₀和成為兩個相互矛盾的量，增大其中一個的同時將導(dǎo)致另一個的減小，具體的說：要增加就要減小磁傳感器的飽和場，從而就減小了H₀的有效可用范圍；同樣的要增加H₀的有效可用范圍，就要增加磁傳感器的飽和場，從而就降低了正因為如此，此類生物傳感器的性能并不理想。解決以上H₀和dMR/dH矛盾的一個有效方法是將磁電阻曲線平移偏離原點，并盡可能增大斜率dMR/dH。例如，如圖1所示，利用普通自旋閥易磁化方向的磁滯特點，在其矯頑力附近獲得較高的探測靈敏度(值為5.95％)。但該方案有兩個不足：一是由于矯頑力強烈依賴于材料的微結(jié)構(gòu)和器件的幾何形狀等諸多因素，且可逆性差，這一方案難以應(yīng)用于實際，二是工作外場H₀(矯頑力附近，約10Oe(奧斯特))還是太小，不利于靈敏度的提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于反鐵磁spin?flop現(xiàn)象的傳感器，以發(fā)生spin?flop時電阻值產(chǎn)生迅速變化，進(jìn)而進(jìn)行探測。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于spin?flop的傳感器，由人工反鐵磁多層膜組成，其中，

所述人工反鐵磁多層膜采用磁控濺射方法制備而成，其結(jié)構(gòu)由下至上包括：

基片、緩沖層、第一鐵磁層、非磁金屬層、第二鐵磁層和蓋帽層。

進(jìn)一步地，所述傳感器還具有下面特點：

所述緩沖層的材料為過渡族3d、4d或5d金屬，

所述緩沖層的厚度為1nm-1000nm。

進(jìn)一步地，所述傳感器還具有下面特點：

所述第一鐵磁層和所述第二鐵磁層的材料為：鎳、鈷或鐵，或者由鎳、鈷和鐵中至少兩元素組成的合金，或者由多種鐵磁層組成的復(fù)合鐵磁層，

所述第一鐵磁層和所述第二鐵磁層的厚度為1nm-100nm。