CN102213751A - 一种减小自旋阀磁传感器磁滞的偏磁方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种减小自旋阀磁传感器磁滞的偏磁方法，在印刷电路板上设置导电层，自旋阀磁传感器置于导电层上，导电层通入电流构成电流带。电流带产生的磁场的方向垂直于自旋阀钉扎层的方向，使自旋阀自由层的方向与钉扎层的方向垂直，以减小或消除自旋阀传感器的磁滞。
Description
技术领域
本发明涉及材料科学和传感器技术领域，具体为一种减小自旋阀磁传感器磁滞的偏磁方法。
背景技术
自从1988年在纳米磁性多层膜中巨磁电阻效应发现以来，以这种材料制作的磁性传感器由于其对弱磁场的极高的灵敏度和体积小等优点被迅速应用于计算机硬盘的磁读出头领域，在短短的十余年间极大地提高了计算机的存储密度，不仅创造了巨大的商业价值，而且也获得了2007年诺贝尔物理学奖。目前其应用领域进一步拓宽到了与弱磁探测相关的很多其他相关应用，如生物磁学、高精度位移和角度测量等精密加工和自动化等领域。
在以巨磁电阻自旋阀多层膜为材料制备的磁性传感器应用于弱磁探测领域时，磁滞的存在是影响测量精度的最大障碍，若要获得线性度极高的磁电阻曲线，必须采用偏磁技术以减小自旋阀传感器的磁滞，技术上就是使自旋阀的自由层和钉扎层处于垂直的方向排列。通常的偏磁技术有两种，一是永磁偏磁技术，即在自旋阀自由层两边掩埋永磁铁使其作用于自由层上，永磁铁的磁场使其方向与钉扎层垂直，这种技术主要被用于计算机硬盘读出头的制备中；另一种偏磁技术是在巨磁电阻多层膜中添加一层只有纳米量级厚度的电流带，并且有绝缘层使该电流带与巨磁电阻多层膜相隔开，利用在该电流带中通过的电流所产生的磁场作用于自由层上，使其与钉扎层方向垂直。这两种方法都需要非常昂贵的设备，并且制作工艺非常复杂，只有在有巨大市场需求的领域(如计算机磁头等)才具有商业可行性，因此这些技术也只掌握在一些国际大公司中。
发明内容
本发明的目的是提供一种减小自旋阀磁传感器磁滞的偏磁方法，以实现获得高精度弱磁探测的自旋阀磁传感器的目的。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种减小自旋阀磁传感器磁滞的偏磁方法，所述自旋阀磁传感器置于印刷电路板上，其特征在于：在所述印刷电路板上设置一条或多条导电材料制成的导电层，所述自旋阀磁传感器置于所述印刷电路板的导电层上，并令所述导电层通入电流构成电流带，所述导电层的电流产生的磁场垂直于自旋阀磁传感器的自旋阀钉扎层方向。
所述的一种减小自旋阀磁传感器磁滞的偏磁方法，其特征在于：所述导电层采用导电金属材料。
所述的一种减小自旋阀磁传感器磁滞的偏磁方法，其特征在于：所述导电层位于印刷电路板表面，或者是印刷电路板内。
本发明用于的自旋阀磁传感器可以是任何材料组成和结构的巨磁电阻传感器、隧道结传感器、霍尔磁性传感器、半导体磁性传感器或其它任何具有磁场效应或其它效应的利用了电流带磁场效应的传感器。
本发明可以用于任何用电路板电路与自旋阀磁传感器相配合的器件中。在隧道结或巨磁电阻自旋阀中，只要沿其难轴(或垂直于钉扎层)方向施加一个大约3Oe 大小左右的磁场就可以使自由层和钉扎层处于垂直的方向，如图1所示，磁滞几乎消失并获得良好的线性度。通常的自旋阀磁传感器的制作中，都把磁传感器封装在印刷电路板上并配上相应的外围放大电路，印刷电路板作为电路的载体，其内部可以设置各种导电层来通电流。在本发明中，提出在传感器封装下面的印刷电路板设置一个导电层，类似于以上提到的电流带，在其中通过电流产生的磁场即可以达到偏磁效果，如果导电层与磁传感器的距离为0.2毫米，可以计算出导电层中200毫安的电流即可以在自旋阀传感器处产生4Oe大小的磁场，完全可以达到偏磁技术的要求，并且该方法简单易行，不需要任何额外的设备即可实现，降低了巨磁电阻传感器和隧道结材料传感器的制作难度和成本。
附图说明
图1为偏磁场减小磁滞曲线示意图。
图2为印刷电路板上电流带偏磁原理示意图。
具体实施方式
如图1所示。一种减小自旋阀磁传感器磁滞的偏磁方法，自旋阀磁传感器置于印刷电路板上，在印刷电路板上设置一条或多条导电金属材料制成的导电层，导电层位于印刷电路板表面，或者是印刷电路板内，自旋阀磁传感器置于印刷电路板的导电层上，并令导电层通入电流构成电流带，导电层的电流产生的磁场垂直于自旋阀磁传感器的自旋阀自由层方向。
本发明将在印刷电路板上设置导电层，在其中通过适当大小的电流构成电流带，利用该电流产生的磁场作用于封装在其上的自旋阀磁传感器，其中电流带产生的磁场的方向应该垂直于自旋阀自由层的方向，大小适当以使自旋阀自由层的方向与钉扎层的方向垂直，以减小或消除自旋阀传感器的磁滞。
在常规的印刷电路板制备工艺上制备所需要的的分立的电路和器件之外，在印刷电路板上制作一条宽不小于1mm，长不小于2mm的导电铜层，通电后构成电流带，并将自旋阀磁传感器压焊在该导电铜层之上，再对自旋阀磁传感器进行封装形成本发明的具有小磁滞的传感器，在该传感器工作时，在导电铜层构成的电流带上通上适当大小的电流，例如电路大小为100-500mA左右。
自旋阀磁传感器的一种—隧道结磁传感器的制备工艺如下：
采用磁控溅射设备生长纳米磁性多层膜，衬底采用具有(100)晶相的硅片，
隧道结自旋阀多层膜结构如下：
Ta(30nm)/Py(3nm)/FeMn(13nm)/Py(10nm)/Co-Fe(1nm)/Al2O3(1nm)/Co-Fe(1nm)/Py(12nm)/Cu(50nm)，这里Py指Ni81Fe19。并以此材料制作磁性传感器大小约为1mm×1mm，并将其压焊在印刷电路板上。隧道结自旋阀多层膜具体制备过程如下：
1、选择一个厚度为1 mm 的Si-SiO2衬底作为片基，并在其上在磁控溅射设备上以真空优于5′10-5Pa，沉积速率为0.1 nm/s，沉积时氩气压为0.07-0.45Pa。沉积30 nm Ta/ Py(3nm)缓冲层；
2、在缓冲层上依次沉积隧道结磁性传感器的各层，首先是沉积10 nm-20nm左右的Fe-Mn或Ir78Mn22作为反铁磁层，然后是Py(10nm)/Co-Fe(1nm)作为钉扎层，1.0 nm Al2O3作为非磁性层，Py(12nm)作为自由层。
3、在磁控溅射设备上以真空优于5′10-5Pa，沉积速率为0.1 nm/s，沉积时氩气压为0.07Pa在磁性传感器的自由层上沉积10 nmTa和 10 nmSiO2作为绝缘层，用于保护材料不被氧化；Ta沉积速率为0.2 nm/s , SiO2沉积速率为0.2 nm/s。
4、在以上步骤制备的隧道结磁性多层膜上采用常规半导体制备工艺，形成本发明的隧道结磁场传感器单元；
具体步骤为：依次进行基片处理、涂胶、曝光、前烘、曝光、中烘、显影、后烘、刻蚀出最低部磁层单元和中间磁层单元，再经过传统的半导体隧道结制备工艺，依次进行基片处理、涂胶、曝光、前烘、曝光、中烘、显影、后烘、刻蚀、长SiO2工艺，刻出隧道结单元，最后引出电极，得到本发明的地磁场传感器单元。
自旋阀磁传感器的一种—巨磁电阻传感器的制备工艺如下：
当采用巨磁电阻材料作为磁层单元时，磁性多层膜结构如下：Ta(3nm)/Py(3nm)/FeMn(13nm)/Py(10nm)/Co-Fe(1nm)/Cu(3nm)/Co-Fe(1nm)/Py(12nm)/Ta(5nm)，这里Py指Ni81Fe19。并以此材料制作磁性传感器大小约为1mm×1mm，并将其压焊在印刷电路板上。巨磁电阻多层膜具体制备过程如下：
1、选择一个厚度为1 mm 的Si-SiO2衬底作为片基，并在其上在磁控溅射设备上以真空优于5′10-5Pa，沉积速率为0.1 nm/s，沉积时氩气压为0.07-0.45Pa。沉积Ta(3 nm) / Py(3nm)缓冲层；
2、在缓冲层上依次沉积隧道结磁性传感器的各层，首先是沉积10 nm-20nm左右的Fe-Mn或Ir78Mn22作为反铁磁层，然后是Py(10nm)/Co-Fe(1nm)作为钉扎层，3.0 nmCu作为非磁性层，Co(1nm)/Py(12nm)作为自由层。
3、在磁控溅射设备上以真空优于5′10-5Pa，沉积速率为0.1 nm/s，沉积时氩气压为0.07Pa在第一磁性传感器的自由层51上沉积10 nmTa和 10 nmSiO2作为绝缘层，用于保护材料不被氧化；Ta沉积速率为0.2 nm/s , SiO2沉积速率为0.2 nm/s。
4、在以上步骤制备的巨磁电阻磁性多层膜上采用常规半导体制备工艺，形成本发明的巨磁电阻磁场传感器单元；
常规半导体制备工艺包括：首先经过涂胶、曝光、前烘、曝光、中烘、显影、后烘、刻蚀工艺，刻出巨磁电阻单元，最后引出电极。
Claims (3)
1.一种减小自旋阀磁传感器磁滞的偏磁方法，所述自旋阀磁传感器置于印刷电路板上，其特征在于：在所述印刷电路板上设置一条或多条导电材料制成的导电层，所述自旋阀磁传感器置于所述印刷电路板的导电层上，并令所述导电层通入电流构成电流带，所述导电层的电流产生的磁场垂直于自旋阀磁传感器的自旋阀钉扎层方向。
2.根据权利要求1所述的一种减小自旋阀磁传感器磁滞的偏磁方法，其特征在于：所述导电层采用导电金属材料。
3.根据权利要求1所述的一种减小自旋阀磁传感器磁滞的偏磁方法，其特征在于：所述导电层位于印刷电路板表面，或者是印刷电路板内。
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