[發明專利]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

• 申請號: 201310618729.0
• 申請日: 2013-11-27
• 公開（公告）號: CN103604361A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: 王宏智;張衛國;姚素薇
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01B7/02
• 分類號: G01B7/02
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王麗

技術領域

本發明屬于金屬納米材料及磁電子學領域，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。本技術發明的巨磁電阻位移傳感器靈敏度高、功耗小、成本低，可應用在材料的楊氏模量測量、金屬熱脹系數測量、水面液位檢測、磁性材料定位等方面。

背景技術

磁電子學作為納米電子學的重要組成，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域將獲得廣泛應用，成為未來信息科學技術的主導技術。磁性多層膜巨磁電阻效應的發現標志著磁電子學發展的開始。經過幾十年迅猛發展，巨磁電阻器件在磁電子學、計算機、信息學等領域具有廣闊的應用，尤其是巨磁電阻效應在磁傳感器等方面的應用，如：位移傳感器、磁齒輪轉速傳感器、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、溫度穩定性好、成本低等優點，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設備自動控制、商標檢測、精密測量技術等領域帶來嶄新的變革。

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，具有優異磁性能和巨磁電阻性能的多層結構將會成為推動巨磁電阻傳感器發展的關鍵。目前，巨磁電阻傳感器在國外剛剛起步，而在國內，隨著巨磁電阻材料研究的不斷深入和系統化，對其應用的需求也將越來越迫切。國內外設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構納米線鮮有研究。本發明以[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域的應用進行了有益的嘗試。

發明內容

本發明的目的就是以[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。本發明設計的位移傳感器芯片與國內外研究的芯片相比，具有體積小、靈敏度高、線性范圍寬、GMR性能優越等優點，設計的位移傳感器具有測量過程簡單、分辨率高、精確度高、響應速度快、實用性強等優點。

本發明的技術方案如下：

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，用導線連接構成橋式構型；電路連接恒流裝置和電壓表，構成巨磁電阻傳感器。

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，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。