[發明專利]測量范圍可調的各向異性磁電阻傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 201910476619.2
• 申請日: 2019-06-03
• 公開（公告）號: CN110197872A
• 公開（公告）日: 2019-09-03
• 發明（設計）人: 劉明;胡忠強;周子堯;王志廣;朱媛媛;普江濤
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01L43/08
• 分類號: H01L43/08;H01L43/10;H01L43/12
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李紅霖

測量范圍可調的各向異性磁電阻傳感器及其制備方法，包括基底、頂電極、磁性層、底電極和導電層；頂電極設置在基底的上表面，底電極設置在基底的下表面，磁性層和導電層均設置在頂電極的上表面，且導電層設置在磁性層的周圍。本發明利用磁電復合材料中的磁各向異性場可受電場調控的原理，在壓電基底上制備AMR磁阻傳感器，通過外加電場控制磁阻效應的大小和飽和磁場，進而實現對磁阻傳感器的靈敏度和線性檢測范圍的調控，實現了使用電場對磁阻材料內部磁化方向的調節，與傳統的磁場調控、硬磁偏置等方法相比，電場調控具有效率高、體積小、能耗低、易于集成的特點。

技術領域

本發明屬于磁電阻傳感器技術領域，特別涉及測量范圍可調的各向異性磁電阻傳感器及其制備方法。

背景技術

磁傳感器是一種可以探測磁場的方向、強度以及位置的傳感器。磁電阻(Magnetoresistance，MR)傳感器是磁傳感器的一種，具有偏移低、靈敏度高和溫度性能好的優點，包括AMR(Anisotropy Magnetoresistance，各向異性磁阻)型傳感器、GMR(GiantMagnetoresistance，巨磁電阻)型傳感器以及TMR(Tunnel Magnetoresistance，隧道磁電阻)型傳感器，近年來開始在工業領域得到廣泛應用。AMR傳感器的磁電阻會隨外加磁場的大小、方向的變化而變化，其靈敏度優于霍爾效應傳感器，而且具備更好的溫度穩定性和更低的功耗，加上AMR型傳感器的加工工藝可以很方便的和現有半導體工藝結合，因此具有更廣闊的應用前景。影響AMR傳感器磁阻效應的重要因素之一是導電電子在無補償自旋下的各向異性散射。當磁化方向和電流方向平行時，AMR材料的磁阻達到最大，當它們彼此垂直時，磁阻達到最小?？梢姡珹MR磁阻效應與磁性材料的磁化方向和磁各向異性場有密切聯系，其大小決定了傳感器的靈敏度和線性測量范圍。但由于使用的軟磁材料的飽和磁場較低，超過飽和磁場后磁化方向不再隨外加磁場而發生改變，也無法探測磁場的變化，所以AMR傳感器的線性范圍通常在0～20Oe，嚴重影響了磁阻傳感器的磁場檢測范圍。

發明內容

本發明的目的在于提供測量范圍可調的各向異性磁電阻傳感器及其制備方法，以解決上述問題。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

測量范圍可調的各向異性磁電阻傳感器，包括基底、頂電極、磁性層、底電極和導電層；頂電極設置在基底的上表面，底電極設置在基底的下表面，磁性層和導電層均設置在頂電極的上表面，且導電層設置在磁性層的周圍。

進一步的，基底為PMN-PT、PZN-PT、PZT、PbTiO₃、PbNbO₃、PVDF、LiNbO₃或TiSrO₃中的一種壓電材料。

進一步的，底電極、頂電極和導電層為Ta、Au、Ag、Al、Cu、Pt、W、Ti、Mo、TaN或TiN中的一種導電薄膜。

進一步的，磁性層為Co、Fe、Ni、NiFe、FeCrCo、CoFe、CoFeB、NiCo或TbFeCo中的一種磁性金屬或合金薄膜。

進一步的，導電層分為四個部分，磁性層兩個端部的兩側均設置有導電層。

進一步的，測量范圍可調的各向異性磁電阻傳感器的制備方法，基于測量范圍可調的各向異性磁電阻傳感器，包括以下步驟：

步驟1，提供一個上下底面分別長有電極的壓電基底，利用丙酮、酒精和去離子水分別超聲清洗5min，之后用N₂吹干，在烘箱內保持100℃烘20min；

步驟2，利用磁控濺射技術在壓電基底上生長一層金屬作為AMR傳感器的底電極；