[發(fā)明專利]利用[NiFe/Cu/Co/Cu]n多層納米線為傳感器芯片制備的巨磁電阻位移傳感器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310618729.0
• 申請日: 2013-11-27
• 公開（公告）號: CN103604361A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王宏智;張衛(wèi)國;姚素薇
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: G01B7/02
• 分類號: G01B7/02
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 王麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬納米材料及磁電子學(xué)領(lǐng)域，特別涉及一種利用[NiFe/Cu/Co/Cu]n多層納米線制備的巨磁電阻位移傳感器。本技術(shù)發(fā)明的巨磁電阻位移傳感器靈敏度高、功耗小、成本低，可應(yīng)用在材料的楊氏模量測量、金屬熱脹系數(shù)測量、水面液位檢測、磁性材料定位等方面。

背景技術(shù)

磁電子學(xué)作為納米電子學(xué)的重要組成，在磁記錄、磁頭讀出、非易失信息隨機存儲、自旋晶體管及量子計算機等領(lǐng)域?qū)@得廣泛應(yīng)用，成為未來信息科學(xué)技術(shù)的主導(dǎo)技術(shù)。磁性多層膜巨磁電阻效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)標志著磁電子學(xué)發(fā)展的開始。經(jīng)過幾十年迅猛發(fā)展，巨磁電阻器件在磁電子學(xué)、計算機、信息學(xué)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用，尤其是巨磁電阻效應(yīng)在磁傳感器等方面的應(yīng)用，如：位移傳感器、磁齒輪轉(zhuǎn)速傳感器、電流檢測、磁柵尺和各種弱磁場測量傳感器等。巨磁電阻傳感器具有體積小、靈敏度高、線性范圍寬、溫度穩(wěn)定性好、成本低等優(yōu)點，尤其可以有效檢測微弱磁場的存在和變化，巨磁電阻傳感器將會給工業(yè)設(shè)備自動控制、商標檢測、精密測量技術(shù)等領(lǐng)域帶來嶄新的變革。

巨磁電阻傳感器的核心元件是巨磁電阻材料，隨著巨磁電阻多層膜、多層線研究的深入，具有優(yōu)異磁性能和巨磁電阻性能的多層結(jié)構(gòu)將會成為推動巨磁電阻傳感器發(fā)展的關(guān)鍵。目前，巨磁電阻傳感器在國外剛剛起步，而在國內(nèi)，隨著巨磁電阻材料研究的不斷深入和系統(tǒng)化，對其應(yīng)用的需求也將越來越迫切。國內(nèi)外設(shè)計的位移傳感器多以耦合型多層膜和交換偏置型多層膜為芯片，對不同矯頑力的自旋閥結(jié)構(gòu)納米線鮮有研究。本發(fā)明以[NiFe/Cu/Co/Cu]n自旋閥多層納米線為傳感器芯片，制備了一種巨磁電阻位移傳感器，為巨磁電阻材料在磁傳感器領(lǐng)域的應(yīng)用進行了有益的嘗試。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是以[NiFe/Cu/Co/Cu]n多層納米線為傳感器芯片，制備巨磁電阻位移傳感器。本發(fā)明設(shè)計的位移傳感器芯片與國內(nèi)外研究的芯片相比，具有體積小、靈敏度高、線性范圍寬、GMR性能優(yōu)越等優(yōu)點，設(shè)計的位移傳感器具有測量過程簡單、分辨率高、精確度高、響應(yīng)速度快、實用性強等優(yōu)點。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

利用[NiFe/Cu/Co/Cu]n多層納米線為傳感器芯片制備的巨磁電阻位移傳感器，其組成包括感器芯片、亥姆霍茲線圈、直流電源、小磁鐵、直流數(shù)字電壓表和直尺；位移傳感器的小磁體中心、傳感器芯片中心與兩個亥姆霍茲線圈軸心在同一水平線上；亥姆霍茲線圈的外加磁場的方向應(yīng)垂直于[NiFe/Cu/Co/Cu]n多層納米線陣列電極。

整個傳感器裝置設(shè)置在一個水平支架上，傳感器芯片中心距水平支架高度為10～20cm，水平支架長度50～100cm；亥姆霍茲線圈位于傳感器芯片的前后兩端，與傳感器芯片中心距離相同，為5～15cm。

所述的傳感器芯片采用面積為1～5cm²四個完全相同的[NiFe/Cu/Co/Cu]n多層納米線陣列電極R1、R2、R3和R4，用導(dǎo)線連接構(gòu)成橋式構(gòu)型；電路連接恒流裝置和電壓表，構(gòu)成巨磁電阻傳感器。

所述的[NiFe/Cu/Co/Cu]n多層納米線陣列電極R1和R4采用高導(dǎo)磁率材料屏蔽，電阻維持在恒定值；[NiFe/Cu/Co/Cu]n多層納米線陣列電極R2、R3則隨外磁場的變化而變化，輸出電壓隨之變化，電壓與電流的比值即為磁電阻值。

所述的高導(dǎo)磁率材料選用軟磁合金1J79。

[NiFe/Cu/Co/Cu]n多層納米線由NiFe層與Cu/Co/Cu層交替排列組成，直徑為80～120nm；n為周期數(shù)，1個NiFe層與Cu/Co/Cu層為1個周期，n為20～200。

[NiFe/Cu/Co/Cu]n多層納米線總長度為700nm～20μm；NiFe鍍層組成按質(zhì)量百分比計：Ni74～85％、Fe15～26％，厚度為5～50nm；Co層厚度為10～50nm，Cu層厚度為10～50nm。