[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

一種柔性TMR磁阻傳感器，包括柔性基底、下電極層、磁阻結構、絕緣層和上電極層；下電極層設置在柔性基底上，磁阻結構設置在下電極層上，上電極層設置在磁阻結構上；絕緣層設置在上電極層和柔性基底之間，且包裹在磁阻結構外側。

技術領域

本發明屬于傳感器制備技術領域，特別涉及一種柔性TMR磁阻傳感器及其制備方法。

背景技術

磁傳感器是種類繁多的傳感器中的一種，它能夠感知與磁現象有關的物理量的變化，并將其轉變為電信號進行檢測，從而直接或間接地探測磁場大小、方向、位移、角度、電流等物理信息，廣泛應用于信息、電機、電力電子、能源管理、汽車、磁信息讀寫、工業自動控制及生物醫學等領域。隨著科技進步和信息技術的發展，人們對磁傳感器的尺寸、靈敏度、熱穩定性及功耗等提出了越來越高的要求。

目前，隧道磁阻(TMR)傳感器得到廣泛應用，相對于巨磁阻(GMR)和各項異性磁阻(AMR)傳感器，TMR傳感器具有更大的磁阻率，在實際應用中CoFeB/MgO/CoFeB多層結構的磁阻率可達200％—300％。TMR傳感器的測量范圍寬、靈敏度高、溫度穩定性好體積小等優點，它的線性特性遠遠超越了GMR傳感器，加上TMR傳感器的加工工藝可以很方便的和現有半導體工藝結合，所以TMR傳感器將會使其在測量系統中有很好的應用前景。

隨著信息社會的發展與物聯網技術的不斷進步，人們對周邊環境信息的采集深度與廣度不斷提升。傳統的TMR傳感器由于其自身剛性的阻礙，可能導致信號傳導質量差等問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種柔性TMR磁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：

一種柔性TMR磁阻傳感器，包括柔性基底、下電極層、磁阻結構、絕緣層和上電極層；下電極層設置在柔性基底上，磁阻結構設置在下電極層上，上電極層設置在磁阻結構上；絕緣層設置在上電極層和柔性基底之間，且包裹在磁阻結構外側；

磁阻結構包括反鐵磁層、釘扎層、磁隧道結層和自由層；釘扎層設置在反鐵磁層的上表面，磁隧道結層設置在釘扎層的上表面，自由層設置在磁隧道結層的上表面；上電極層設置在自由層的上表面，反鐵磁層位于下電極層的上表面。

進一步的，反鐵磁層與釘扎層之間生長有緩沖層，自由層上方覆蓋有緩沖層；磁隧道結層為鐵磁層/隧道層/鐵磁層組成的層狀結構，隧道結上覆蓋一層緩沖層。

進一步的，緩沖層為具有較好延展性的金屬或其合金。

進一步的，反鐵磁層為鐵磁性金屬及反鐵磁性金屬構成的兩層金屬薄膜。

進一步的，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。

進一步的，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。

進一步的，一種柔性TMR磁阻傳感器的制備方法，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；