[發明專利]一種柔性TMR磁阻傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 202011307158.5
• 申請日: 2020-11-19
• 公開（公告）號: CN112490351A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 劉明;胡忠強;關蒙萌;王志廣;周子堯;毛若浩;朱媛媛
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01L43/02
• 分類號: H01L43/02;H01L43/08;H01L43/12
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

1.一種柔性TMR磁阻傳感器，其特征在于，包括柔性基底(1)、下電極層(2)、磁阻結構(3)、絕緣層(4)和上電極層(5)；下電極層(2)設置在柔性基底(1)上，磁阻結構(3)設置在下電極層(2)上，上電極層(5)設置在磁阻結構(3)上；絕緣層(4)設置在上電極層(5)和柔性基底(1)之間，且包裹在磁阻結構(3)外側；

磁阻結構(3)包括反鐵磁層(31)、釘扎層(32)、磁隧道結層(33)和自由層(34)；釘扎層(32)設置在反鐵磁層(31)的上表面，磁隧道結層(33)設置在釘扎層(32)的上表面，自由層(34)設置在磁隧道結層(33)的上表面；上電極層(5)設置在自由層(34)的上表面，反鐵磁層(31)位于下電極層(2)的上表面。

2.根據權利要求1所述的一種柔性TMR磁阻傳感器，其特征在于，反鐵磁層(31)與釘扎層(32)之間生長有緩沖層，自由層上方覆蓋有緩沖層；磁隧道結層(33)為鐵磁層/隧道層/鐵磁層組成的層狀結構，隧道結上覆蓋一層緩沖層。

3.根據權利要求2所述的一種柔性TMR磁阻傳感器，其特征在于，緩沖層為具有較好延展性的金屬或其合金。

4.根據權利要求1所述的一種柔性TMR磁阻傳感器，其特征在于，反鐵磁層(31)為鐵磁性金屬及反鐵磁性金屬構成的兩層金屬薄膜。

5.根據權利要求1所述的一種柔性TMR磁阻傳感器，其特征在于，上電極層和下電極層為Ta、Au、Ag、Al、Cu、Pt、W、Ti、Mo、TaN或TiN中的一種或多種合金金屬薄膜。

6.根據權利要求1所述的一種柔性TMR磁阻傳感器，其特征在于，柔性基底材料為PET、PEN、PMMA、PDMS、Mica或厚度小于50μm的硅片中的一種。

7.一種柔性TMR磁阻傳感器的制備方法，其特征在于，基于權利要求1至6任意一項所述的一種柔性TMR磁阻傳感器，包括以下步驟：

步驟1，提供一個柔性基底，利用丙酮、酒精和去離子水分別超聲清洗1～10min，之后用N₂吹干，在烘箱內保持80～150℃烘5～30min；

步驟2，利用磁控濺射技術在柔性基底上依次生長緩沖層、下電極導電層、反鐵磁層、緩沖層、隧道結、緩沖層；

步驟3，在柔性基底上滴加光刻膠，在勻膠機上先以300～700r/min速率旋轉3～10s使得光刻膠覆蓋基底，再以2000～6000r/min速率旋轉20～60s使得光刻膠厚度均勻；將旋涂光刻膠的壓電材料基底放入烘箱內，以80～150℃加熱10～30min，使得光刻膠完全固化，形成第一光刻膠層；

步驟4，對第一光刻膠層進行紫外線曝光，曝光時間為30～60s；利用顯影液對曝光后的第一光刻膠層進行顯影處理；

步驟5，利用干法刻蝕，將基底上的TMR結構刻蝕為下電極形狀，然后利用丙酮超聲清洗，去除剩余的光刻膠；

步驟6，在基底上滴加光刻膠，在勻膠機上先以300～700r/min速率旋轉3～10s使得光刻膠覆蓋基底，再以200～6000r/min速率旋轉20～60s使得光刻膠厚度均勻，將旋涂光刻膠的基底放入烘箱內，以80～150℃加熱10～30min，使得光刻膠完全固化，形成第二光刻膠層；

步驟7，對第二光刻膠層進行紫外線曝光30～60s，利用顯影液對曝光后的第二光刻膠層進行顯影處理；

步驟8，利用干法刻蝕將基底上的多層結構刻蝕為兩個TMR單元結構，刻蝕深度至下電極層和反鐵磁層，然后利用丙酮超聲清洗，去除剩余的光刻膠；

步驟9，在沉積有隧道結單元的基底上滴加光刻膠，在勻膠機上先以300～700r/min速率旋轉3～10s使得光刻膠覆蓋基底，再以2000～6000r/min速率旋轉30～60s使得光刻膠厚度均勻，將旋涂光刻膠的基底放入烘箱內，以80～150℃加熱10～30min，使得光刻膠完全固化，形成第三光刻膠層；

步驟10，對第三光刻膠層進行紫外線曝光30～60s，利用顯影液對曝光后的第三層光刻膠進行顯影處理；

步驟11：利用磁控濺射薄膜生長技術在顯影后的樣品上生長絕緣層，后利用丙酮超聲清洗，去除第三光刻膠層，洗去多余絕緣材料；

步驟12，利用磁控濺射薄膜生長技術在樣品上生長上電極，形成TMR傳感器結構。

8.根據權利要求7所述的一種柔性TMR磁阻傳感器的制備方法，其特征在于，步驟12中，濺射氛圍為純度為99.998％的氬氣，壓強為3mTorr。