用于磁敏传感器的gmr磁性纳米多层膜的制作方法
用于磁敏传感器的gmr磁性纳米多层膜的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于精密测量和磁性材料技术领域，涉及磁敏传感器，具体涉及一种用于 磁敏传感器的GMR磁性纳米多层膜。
【背景技术】
[0002] 磁敏传感器广泛应用于电流检测、角度测量、生物传感、数据读取、建筑监控W及 无伤探测等工业领域。早期的磁敏传感器主要是基于具有霍尔效应的半导体材料和具有磁 各向异性磁电阻（AMR)效应的磁性材料。但基于该两类材料获得的磁敏传感器磁场灵敏度 低，线性范围窄，适用温度低。
[0003] 随着磁性材料的深入研究W及自旋电子学的发展，基于巨磁电阻巨磁阻（Giant MagnetoResistive,简称GMR)效应W及隧穿磁电阻效应的磁敏传感器因具有磁场灵敏度 高的优点，在工业上具有非常大的市场和广泛的用途，如磁硬盘皿D中的磁读头。
[0004] 为了实现磁场的线性响应，利用上下不同厚度的反铁磁层，经不同温度退火实现 自旋阀中的自由层(磁场敏感层)与参考磁性层(被钉扎层)的面内磁矩成90度垂直夹角。然 而反铁磁钉扎层的引入，导致自旋阀结构的线性磁场响应范围无法同时满足大磁场检测、 宽温度适用范围和高灵敏度的要求。
[0005] 为此，F.Stobiecki等人基于FM(磁矩平行于薄膜表面）/S/FM(磁矩垂直薄膜表 面）提出了W[NiFe，Co/Au/Co/Au]w为核也结构的GMR纳米磁性多层膜的磁敏传感器（参 考文章；J.Ma即.Ma即.Mater. 272-276 (2004)el751)。该种结构的磁敏传感器是借助于Au/ Co的界面各向异性和自旋-轨道禪合，Co的磁矩垂直于薄膜表面，Ni化的厚度较厚，磁矩 位于薄膜面内，导致垂直施加磁场时Ni化面内磁矩和Co的部分垂直磁矩随外磁场可逆转 动，从而实现了对外磁场的线性响应。然而，该种结构的磁敏传感器的巨磁电阻比值仍然比 较低，线性范围可调性差，而且磁场灵敏度较低。
【发明内容】
[0006] 本发明要解决的技术问题就是针对磁敏传感器中存在的上述缺陷，提供一种用于 磁敏传感器的GMR磁性纳米多层膜，其巨磁电阻比值高，可提高磁敏传感器的灵敏度W及 线性调节范围。
[0007] 为此，本发明提供一种用于磁敏传感器的GMR磁性纳米多层膜，包括设于基片表 面的功能层，在所述基片和所述功能层之间还设有非磁性材料形成的用于改善所述功能层 织构的缓冲层。
[000引其中，所述缓冲层为采用Ta、Pt、Pt化N、TiN、Ru、化、Ag或Au材料中的一种材料 形成的单层膜，或者为上述材料中任意几种材料形成的多层膜。
[0009] 其中，所述缓冲层的厚度为2~50皿。
[0010] 其中，所述功能层为周期性结构，每个周期性结构包括依次叠置的磁场探测层、第 一非磁性金属层、参考磁性层和第二非磁性金属层；或者包括依次叠置的第一非磁性金属 层、参考磁性层、第二非磁性金属层和磁场探测层。
[0011] 其中，在所述第一非磁性金属层和所述参考磁性层之间还设有隧穿绝缘势垒层， 或/和，在所述参考磁性层和所述第二非磁性金属层之间设有隧穿绝缘势垒层。
[001引其中，所述隧穿绝缘势垒层采用MgO、A^O、MgAl204、册化、Si化、Ti-0或A1N材料 形成，其厚度小于或等于3皿。
[0013] 其中，所述磁场探测层采用铁磁性金属材料、铁磁性合金材料或半金属材料形成， 其厚度为1~1〇皿。
[0014] 其中，所述铁磁性金属材料包括Co、Fe、Ni;所述铁磁性合金材料包括Co-Fe、 Co-Fe-B、Ni-Fe;所述半金属材料包括Co-Mn-Si、Co-Fe-Al、Co-Fe-Si、Co-Mn-Al、 C〇-Fe-Al-Si、C〇-Mn-Ge、C〇-Mn-Ga、C〇-Mn-Ge-Ga。
[0015] 其中，所述参考磁性层采用铁磁性金属材料、铁磁性合金材料或半金属材料形成， 其厚度为0. 4~1. 8皿。
[001引其中，所述铁磁性金属材料包括Co、Fe;所述铁磁性合金材料包括Co-Fe、Co-Fe-B ;所述半金属材料包括Co-Mn-Si、Co-Fe-Al、Co-Fe-Si、Co-Mn-Al、Co-Fe-A^Si、 Co_Mn-Ge、Co_Mn-Ga、Co_Mn-Ge-Ga。
[0017] 其中，第一非磁性金属层和所述第二非磁性金属层采用化、化、Ag、Au、Ir、V、Nb、 Mo、Ru或Ag-Sn材料形成，其厚度为1~5皿。
[0018] 其中，在所述功能层的顶部还设有覆盖层，所述覆盖层为采用导电耐氧化材料形 成的单层膜或多层膜，其厚度为2~20nm。
[0019] 其中，所述基片为Si衬底、SiC衬底、玻璃衬底或Si-Si〇2衬底。
[0020] 本发明具有W下有益效果：
[0021] 本发明提供的用于磁敏传感器的GMR磁性纳米多层膜，在基片与功能层之间设置 缓冲层，缓冲层采用非磁性材料形成，其可W改善功能层的粗趟度，改善功能层的结构，降 低磁性层之间的磁性禪合，从而提高磁敏传感器的磁场灵敏度；同时提高功能膜的巨磁电 阻比值，从而提高磁敏传感器的线性调节范围。
【附图说明】
[0022] 图1A为本发明实施例GMR磁性纳米多层膜的结构示意图；
[0023] 图1B为本发明另一实施例GMR磁性纳米多层膜的结构示意图；
[0024] 图2A为本发明实施例GMR磁性纳米多层膜中参考磁性层和磁场探测层在外场中 的磁矩分布示意图；
[0025] 图2B为本发明另一实施例GMR磁性纳米多层膜中参考磁性层和磁场探测层在外 场中的磁矩分布示意图；
[0026] 图3A-3C为本发明实施例另H种GMR磁性纳米多层膜的结构示意图；
[0027] 图4A-4C为本发明实施例又H种GMR磁性纳米多层膜的结构示意图。
【具体实施方式】
[0028] 为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提 供的用于磁敏传感器的GMR磁性纳米多层膜进行详细描述。
[0029] GMR磁性纳米多层膜形成于基片的表面。GMR磁性纳米多层膜包括缓冲层、磁场探 测层、非磁性金属层、隧穿绝缘势垒层、参考磁性层和覆盖层。其中，磁场探测层、非磁性金 属层、隧穿绝缘势垒层和参考磁性层被称为功能层。
[0030] 图1A给出了本发明实施例的GMR磁性纳米多层膜的结构示意图。如图1A所示，基 片Sub的表面自下至上依次叠置有缓冲层化、功能层和覆盖层化。功能层为周期性的纳米 多层膜结构，功能层可W仅包括一个周期性结构，也可W包括多个周期结构，如两个、H个、 四个或更多个周期性结构。每个周期性结构自下至上依次包括磁场探测层化、第一非磁性 金属层醒1、第一隧穿绝缘势垒层SIi、参考磁性层化、第二隧穿绝缘势垒层Sl2和第二非磁 性金属层醒2。目P，磁场探测层化、第一非磁性金属层Nil、第一隧穿绝缘势垒层SIi、参考磁 性层化、第二隧穿绝缘势垒层SI,和第二非磁性金属层NM,由下至上依次叠置于缓冲层化 的表面，覆盖层化设于第二非磁性金属层醒2的表面。
[0031] 在本实施例中，基片Sub可W采用Si衬底、SiC衬底、玻璃衬底或Si-Si〇2衬底。 [003引缓冲层化设于基片Sub的表面，其厚度为2~50皿。缓冲层化采用化、Pt、Pd、 化N、TiN、Ru、化、Ag或Au材料制作，可W是上述材料中的一种材料形成的单层膜，如用Pt材 料形成笛膜；或者为上述材料中的任意几种材料形成的叠置的多层膜，如依次由化N、化、 Pt材料形成依次叠置的化N膜、化膜和Pt膜。将缓冲层化设置于基片Sub和功能层之间， 可W改善纳米多层膜的粗趟度，从而改善功能层的织构，降低磁性层之间的磁性禪合，进而 提高磁敏传感器的磁场灵敏度；同时提高功能膜的巨磁电阻比值 ，从而提高线性调节范围。
[0033] 在功能层中，磁场探测层化采用自旋极化率较高的Co、化或Ni等铁磁性金属材 料制作，或者采用Co-Fe、Co-Fe-B或Ni-Fe等铁磁性合金材料制作，或者采用Co-Mn-Si、 Co-Fe-Al、Co-Fe-Si、Co-Mn-Al、Co-Fe-Al-Si、Co-Mn-Ge、Co-Mn-Ga或Co-Mn-Ge-Ga等半金 属材料形成，其厚度为1~10皿。
[0034] 第一非磁性金属层Nil和第二非磁性金属层醒2采用化、化、Ag、Au、Ir、V、Nb、Mo、 Ru或Ag-Sn等非磁性材料制作，第一非磁性金属层醒1和第二非磁性金属层醒2的厚度为 1 ~5nm。
[00对第一隧穿绝缘势垒层SIi和第二隧穿绝缘势垒层SI2采用MgO、Al-0、MgAl204、HfX)2、Si化、Ti-0或A1N等氧化物和氮化物制成。第一隧穿绝缘势垒层SIi和第二隧穿绝缘势垒 层厚度小于或等于3皿。第一隧穿绝缘势垒层SIi和第二隧穿绝缘势垒层Sl2可W增加阻 抗，提高线性调节范围；W及降低磁性层之间的磁性禪合，提高磁敏传感器的磁场灵敏度。
[0036] 参考磁性层化采用自旋极化率较高的Co、化等铁磁性金属材料制成，或者采 用Co-Fe、Co-Fe-B等铁磁性合金材料制作，或者采用Co-Mn-Si、Co-Fe-Al、Co-Fe-Si、 Co-Mn-Al、Co-Fe-A^Si、Co-Mn-Ge、Co-Mn-Ga、Co-Mn-Ge-Ga等半金属材料制作。参考磁性 层化的厚度为0. 4~1. 8皿。
[0037] 覆盖层化用于保护功能层和缓冲层化不被氧化和腐蚀，其采用不易被氧化且导 电性较好的金属材料制作，如采用Ta、化、A1、Ru、Au、Ag、Pt等材料制作。覆盖层化可W 是采用其中一种材料形成的单层膜，或者采用其中任意几种材料形成的多层膜，如采用化、 A1、Ru材料依次形成叠置的化膜、A1膜和Ru膜。覆盖层化的厚度为2~20皿。
[0038] 下面介绍本实施例提供的GMR磁性纳米多层膜的工作原理。如图2A所示，第一非 磁性金属层Nil和第二非磁性金属层醒2结合界面各向异性和自旋轨道禪合，能够诱导参考 磁性层化的磁矩Muf的方向垂直于薄膜表面（即基片Sub的表面)。当外磁场H为零时，磁 场探测层化的磁矩nif位于纳米多层膜面内，即磁场探测层化的磁矩nif的方向平行于基片 Sub的表面。换言之，当外磁场H为零时，磁场探测层化的磁矩nif的方向（图中实线箭头所 示）与参考磁性层化的磁矩Muf的方向相互垂直。当外磁场H(外磁场H的方向垂直于基 片Sub的表面)不为零时，磁场探测层化的磁矩nif的方向（图中虚线箭头所示)随外磁场发 生转动，参考磁性层化的磁矩Muf和磁场探测层化的磁矩nif的夹角发生变化，参考磁性层 化的磁矩Muf和磁场探测层化的磁矩nif的夹角不再为90°，从而实现对外磁场H变化的 感应。外磁场H结合参考磁性层化将磁场探测层化的磁矩转动的信息可转化成电信号。
[0039] 在另一实施例中，功能层的同样包括至少一个周期性结构。如图1B所示，每个周 期性结构自下而上依次包括第一非磁性金属层Nil、第一隧穿绝缘势垒层SIi、参考磁性层 化、第二隧穿绝缘势垒层Sl2、第二非磁性金属层醒2和磁场探测层化。也就是说，第一非磁 性金属层醒1设于缓冲层化的表面，磁场探测层化的表面设置覆盖层CAP。
[0040]如图2B所示，当外磁场H为零时，参考磁性层化的磁矩Mfw的方向垂直于纳米多 层膜的表面，磁场探测层化的磁矩nif的方向平行于纳米多层膜的表面，即，磁场探测层化 的磁矩nif的方向（图中实线箭头所示）与参考磁性层化的磁矩Mfw的方向相互垂直。当外 磁场H(外磁场H的方向垂直于基片Sub的表面）不为零时，磁场探测层化的磁矩nif的方 向（图中虚线箭头所示）随外磁场发生转动，参考磁性层化的磁矩Muf和磁场探测层化的 磁矩nif的夹角发生变化，参考磁性层化的磁矩Muf和磁场探测层化的磁矩nif的夹角不再 为90°，从而实现对外磁场H变化的感应。
[0041] 需要说明的是，每个周期性结构并不局限于图1A和图1B所示的结构。实际上，每 个周期性结构还可W采用但不限于如下结构，即，每个周期性结构依次包括叠置的磁场探 测层FL/第一非磁性金属层Nil/隧穿绝缘势垒层SI/参考磁性层化/第二非磁性金属层 醒2,如图3A所示；或者，每个周期性结构依次包括叠置的磁场探测层FL/第一非磁性金属 层醒i/参考磁性层化/隧穿绝缘势垒层SI/第二非磁性金属层醒2,如图3B所示；或者，每 个周期性结构依次包括叠置的磁场探测层FL/第一非磁性金属层醒i/参考磁性层化/第 二非磁性金属层醒2,如图3C所示。
[0042] 或者，每个周期性结构依次包括叠置的第一非磁性金属层醒i/隧穿绝缘势垒层 SI/参考磁性层化/第二非磁性金属层醒2/磁场探测层化，如图4A所示；或者，每个周期 性结构依次包括叠置的第一非磁性金属层Nil/参考磁性层化/隧穿绝缘势垒层SI/第二非 磁性金属层醒2/磁场探测层化，如图4B所示；或者，每个周期性结构依次包括叠置的第一 非磁性金属层醒i/参考磁性层化/第二非磁性金属层醒2/磁场探测层化，如图4C所示。
[0043] 还需要说明的是，不管采用何种形式，周期性结构均包括第一非磁性金属层醒i/ 参考磁性层化/第二非磁性金属层NM2/磁场探测层化，优选在非磁性金属层醒和参考磁 性层化之间设置隧穿绝缘势垒层SI，W增加功能层的阻抗，从而增加了磁敏传感器的线性 范围；同时降低磁性层之间的磁性禪合，从而提高磁敏传感器的灵敏度。
[0044] 下面介绍上述实施例GMR磁性纳米多层膜的制造方法。
[0045] 实施例1 :
[0046] 1)采用厚度为1mm的Si-Si〇2衬底作为基片Sub,通过磁控姗射在基片Sub表面沉 积缓冲层化,缓冲层化包括畳直的化层和Au层,化层和Au层的厚度分别为5皿和3皿。 在磁控姗射时，真空优选优于6Xl〇-中a。
[0047] 2)采用磁控姗射技术在缓冲层化的表面沉积NisaFew材料形成磁场探测层化。 在磁控姗射时，真空优选优于6X1(T中a,沉积速率为0.Inm/s左右。
[0048] 3)采用磁控姗射技术在磁场探测层化表面沉积Au，形成第一非磁性金属层醒1。 在磁控姗射时，真空优选优于6X1(T中a,沉积速率为0. 2nm/s左右。
[0049] 4)采用磁控姗射技术在第一非磁性金属层醒1表面沉积A10,，形成第一隧穿绝缘 势垒层SIi。在磁控姗射时，真空优选优于6X1(T中a,沉积速率为0. 07nm/s左右。
[0050] 5)采用磁控姗射技术在第一隧穿绝缘势垒层SIi表面沉积Co,形成参考磁性层 化。在磁控姗射时，真空优选优于6X1(T中a,沉积速率为0. 06nm/s左右。
[0051] 6)采用磁控姗射技术在参考磁性层化表面沉积A10,，形成第二隧穿绝缘势垒层 SI2。在磁控姗射时，真空优选优于6X1(T中a,沉积速率为0. 07nm/s左右。
[0052] 7)采用磁控姗射技术在第二隧穿绝缘势垒层Sl2在表面沉积Au，形成第二非磁性 金属层醒2。在磁控姗射时，真空优选优于6X1(T中a,沉积速率为0. 2nm/s左右。
[0053] 8)采用磁控姗射技术重复步骤2) - 7)，在缓冲层化表面获得15个周期性结构。
[0054] 9)采用磁控姗射技术在最顶层的第二非磁性金属层醒2表面沉积化和Au，形成 覆盖层CAP。
[0055]GMR磁性纳米多层膜各层的具体成分和厚度见附表1。
[005引 附表1
[0057]
[005引注；在附表1及W下的附表中，圆括号内的数字为厚度，单位nm。
[00则 实施例2
[0060] 采用与实施例1相同的制作方法制备GMR磁 性纳米多层膜，不同之处在于GMR磁 性纳米多层膜的结构和厚度。实施例2制备的磁性纳米多层膜的结构为；Sub/BL/[FL/醒i/ SI/化/Mylo/CAP。GMR磁性纳米多层膜各层的具体成分和厚度见附表2。
[006。 附表2
[0062]
[0063] 实施例3
[0064] 采用与实施例1相同的制作方法制备GMR磁性纳米多层膜，不同之处在于GMR磁 性纳米多层膜的结构和厚度。实施例3制备的磁性纳米多层膜的结构为；Sub/BL/[FL/醒i/ 化/SI/Nl2]g/CAP。GMR磁性纳米多层膜各层的具体成分和厚度见附表3。
[006引 附表3
[0066]
[0067]实施例4
[006引采用与实施例1相同的制作方法制备GMR磁性纳米多层膜，不同之处在于GMR磁 性纳米多层膜的结构和厚度。实施例4制备的磁性纳米多层膜的结构为；Sub/BL/[FL/醒i/ 化/My2/CAP。GMR磁性纳米多层膜各层的具体成分和厚度见附表4。
[006引 附表4
[0070]
[00川实施例5
[0072]采用与实施例1相同的制作方法制备GMR磁性纳米多层膜，不同之处在于GMR磁 性纳米多层膜的结构和厚度。实施例5制备的磁性纳米多层膜的结构为；Sub/BL/[NMi/SIi/ 化/Sl2/Nl2/FL]2e/CAP。GMR磁性纳米多层膜各层的具体成分和厚度见附表5。
[007引附表5[0074]
[00巧]实施例6
[0076]采用与实施例1相同的制作方法制备GMR磁性纳米多层膜，不同之处在于GMR磁 性纳米多层膜的结构和厚度。实施例6制备的磁性纳米多层膜的结构为；Sub/BL/[NMi/SI/ 化/NM2/FL] 30/CAP。GMR磁性纳米多层膜各层的具体成分和厚度见附表6。
[0077] 附表 6
[0078]
[007引 实施例7
[0080] 采用与实施例1相同的制作方法制备GMR磁性纳米多层膜，不同之处在于GMR磁 性纳米多层膜的结构和厚度。实施例7制备的磁性纳米多层膜的结构为；Sub/BL/[NMi/化/ SI/NMs/FUie/CAP。GMR磁性纳米多层膜各层的具体成分和厚度见附表7。
[00引]附表7 [0082]
[008引 实施例8
[0084] 采用与实施例1相同的制作方法制备GMR磁性纳米多层膜，不同之处在于GMR磁 性纳米多层膜的结构和厚度。实施例8制备的磁性纳米多层膜的结构为；Sub/BL/[Nil/化/ NMs/FUw/CAP。GMR磁性纳米多层膜各层的具体成分和厚度见附表8。
[00财 附表8
[0086]
[0087] 实施例1至实施例8仅实例性的列举了八种结构的GMR磁性纳米多层膜的制作方 法，该并不表示本发明GMR磁性纳米多层膜仅能通过该八种方式获得。
[008引上述实施例提供的用于磁敏传感器的GMR磁性纳米多层膜，在基片与功能层之间 设置缓冲层，缓冲层采用非磁性材料形成，其可W改善功能层的粗趟度，降低磁性层之间的 磁性禪合，从而提高磁敏传感器的磁场灵敏度；同时提高功能膜的巨磁电阻比值，从而提高 线性调节范围。
[0089] 利用本发明提供的GMR磁性纳米多层膜获得的磁敏传感器不仅可W应用于磁硬 盘皿D中的磁读头，而且可W用于金融领域，如ATM机的磁读头，验钞机磁头，P0S机磁头等。
[0090] 可W理解的是，W上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施 方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精 神和实质的情况下，可W做出各种变型和改进，该些变型和改进也视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 用于磁敏传感器的GMR磁性纳米多层膜，包括设于基片表面的功能层，其特征在于， 在所述基片和所述功能层之间还设有非磁性材料形成的用于改善所述功能层织构的缓冲 层。2. 根据权利要求1所述的用于磁敏传感器的GMR磁性纳米多层膜，其特征在于，所述缓 冲层为采用Ta、Pt、PcUCuN、TiN、Ru、Cr、Ag或Au材料中的一种材料形成的单层膜，或者为 上述材料中任意几种材料形成的多层膜。3. 根据权利要求1所述的用于磁敏传感器的GMR磁性纳米多层膜，其特征在于，所述缓 冲层的厚度为2~50nm。4. 根据权利要求1所述的用于磁敏传感器的GMR磁性纳米多层膜，其特征在于，所述功 能层为周期性结构，每个周期性结构包括依次叠置的磁场探测层、第一非磁性金属层、参考 磁性层和第二非磁性金属层；或者包括依次叠置的第一非磁性金属层、参考磁性层、第二非 磁性金属层和磁场探测层。5. 根据权利要求4所述的用于磁敏传感器的GMR磁性纳米多层膜，其特征在于，在所述 第一非磁性金属层和所述参考磁性层之间还设有隧穿绝缘势垒层，或/和，在所述参考磁 性层和所述第二非磁性金属层之间设有隧穿绝缘势垒层。6. 根据权利要求5所述的用于磁敏传感器的GMR磁性纳米多层膜，其特征在于，所述隧 穿绝缘势垒层采用MgO、Al-O、MgAl204、Hf02、Si02、Ti-O或AlN材料形成，其厚度小于或等 于 3nm。7. 根据权利要求4所述的用于磁敏传感器的GMR磁性纳米多层膜，其特征在于，所述磁 场探测层采用铁磁性金属材料、铁磁性合金材料或半金属材料形成，其厚度为1~lOnm。8. 根据权利要求7所述的用于磁敏传感器的GMR磁性纳米多层膜，其特征在于，所述铁 磁性金属材料包括Co、Fe、Ni;所述铁磁性合金材料包括Co-Fe、Co-Fe-B、Ni-Fe;所述半金 属材料包括Co-Mn-Si、Co-Fe-Al、Co-Fe-Si、Co-Mn-Al、Co-Fe-Al-Si、Co-Mn-Ge、Co-Mn-Ga、 Co_Mn_Ge_Ga〇9. 根据权利要求4所述的用于磁敏传感器的GMR磁性纳米多层膜，其特征在于，所 述参考磁性层采用铁磁性金属材料、铁磁性合金材料或半金属材料形成，其厚度为0. 4~ I. 8nm〇10. 根据权利要求9所述的用于磁敏传感器的GMR磁性纳米多层膜，其特征在于，所 述铁磁性金属材料包括Co、Fe;所述铁磁性合金材料包括Co-Fe、Co-Fe-B;所述半金属材 料包括Co-Mn-Si、Co-Fe-Al、Co-Fe-Si、Co-Mn-Al、Co-Fe-Al-Si、Co-Mn-Ge、Co-Mn-Ga、 Co_Mn_Ge_Ga〇11. 根据权利要求4所述的用于磁敏传感器的GMR磁性纳米多层膜，其特征在于，第一 非磁性金属层和所述第二非磁性金属层采用Cr、Cu、Ag、Au、Ir、V、Nb、Mo、Ru或Ag-Sn材料 形成，其厚度为I~5nm。12. 根据权利要求1-11任意一项所述的用于磁敏传感器的GMR磁性纳米多层膜，其特 征在于，在所述功能层的顶部还设有覆盖层，所述覆盖层为采用导电耐氧化材料形成的单 层膜或多层膜，其厚度为2~20nm。13. 根据权利要求1-11任意一项所述的用于磁敏传感器的GMR磁性纳米多层膜，其特 征在于，所述基片为Si衬底、SiC衬底、玻璃衬底或Si-SiO2衬底。
【专利摘要】本发明提供一种用于磁敏传感器的GMR磁性纳米多层膜，包括设于基片表面的功能层，在所述基片和所述功能层之间还设有非磁性材料形成的用于改善所述功能层织构的缓冲层。该GMR磁性纳米多层膜可提高磁敏传感器的磁场灵敏度和线性调节范围。
【IPC分类】G01R33/09, H01F10/12, H01L43/10, H01L43/08, B82Y25/00
【公开号】CN104900800
【申请号】CN201410074695
【发明人】不公告发明人
【申请人】北京嘉岳同乐极电子有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年3月3日
【技术领域】
[0001] 本发明属于精密测量和磁性材料技术领域，涉及磁敏传感器，具体涉及一种用于 磁敏传感器的GMR磁性纳米多层膜。
【背景技术】
[0002] 磁敏传感器广泛应用于电流检测、角度测量、生物传感、数据读取、建筑监控W及 无伤探测等工业领域。早期的磁敏传感器主要是基于具有霍尔效应的半导体材料和具有磁 各向异性磁电阻（AMR)效应的磁性材料。但基于该两类材料获得的磁敏传感器磁场灵敏度 低，线性范围窄，适用温度低。
[0003] 随着磁性材料的深入研究W及自旋电子学的发展，基于巨磁电阻巨磁阻（Giant MagnetoResistive,简称GMR)效应W及隧穿磁电阻效应的磁敏传感器因具有磁场灵敏度 高的优点，在工业上具有非常大的市场和广泛的用途，如磁硬盘皿D中的磁读头。
[0004] 为了实现磁场的线性响应，利用上下不同厚度的反铁磁层，经不同温度退火实现 自旋阀中的自由层(磁场敏感层)与参考磁性层(被钉扎层)的面内磁矩成90度垂直夹角。然 而反铁磁钉扎层的引入，导致自旋阀结构的线性磁场响应范围无法同时满足大磁场检测、 宽温度适用范围和高灵敏度的要求。
[0005] 为此，F.Stobiecki等人基于FM(磁矩平行于薄膜表面）/S/FM(磁矩垂直薄膜表 面）提出了W[NiFe，Co/Au/Co/Au]w为核也结构的GMR纳米磁性多层膜的磁敏传感器（参 考文章；J.Ma即.Ma即.Mater. 272-276 (2004)el751)。该种结构的磁敏传感器是借助于Au/ Co的界面各向异性和自旋-轨道禪合，Co的磁矩垂直于薄膜表面，Ni化的厚度较厚，磁矩 位于薄膜面内，导致垂直施加磁场时Ni化面内磁矩和Co的部分垂直磁矩随外磁场可逆转 动，从而实现了对外磁场的线性响应。然而，该种结构的磁敏传感器的巨磁电阻比值仍然比 较低，线性范围可调性差，而且磁场灵敏度较低。
【发明内容】
[0006] 本发明要解决的技术问题就是针对磁敏传感器中存在的上述缺陷，提供一种用于 磁敏传感器的GMR磁性纳米多层膜，其巨磁电阻比值高，可提高磁敏传感器的灵敏度W及 线性调节范围。
[0007] 为此，本发明提供一种用于磁敏传感器的GMR磁性纳米多层膜，包括设于基片表 面的功能层，在所述基片和所述功能层之间还设有非磁性材料形成的用于改善所述功能层 织构的缓冲层。
[000引其中，所述缓冲层为采用Ta、Pt、Pt化N、TiN、Ru、化、Ag或Au材料中的一种材料 形成的单层膜，或者为上述材料中任意几种材料形成的多层膜。
[0009] 其中，所述缓冲层的厚度为2~50皿。
[0010] 其中，所述功能层为周期性结构，每个周期性结构包括依次叠置的磁场探测层、第 一非磁性金属层、参考磁性层和第二非磁性金属层；或者包括依次叠置的第一非磁性金属 层、参考磁性层、第二非磁性金属层和磁场探测层。
[0011] 其中，在所述第一非磁性金属层和所述参考磁性层之间还设有隧穿绝缘势垒层， 或/和，在所述参考磁性层和所述第二非磁性金属层之间设有隧穿绝缘势垒层。
[001引其中，所述隧穿绝缘势垒层采用MgO、A^O、MgAl204、册化、Si化、Ti-0或A1N材料 形成，其厚度小于或等于3皿。
[0013] 其中，所述磁场探测层采用铁磁性金属材料、铁磁性合金材料或半金属材料形成， 其厚度为1~1〇皿。
[0014] 其中，所述铁磁性金属材料包括Co、Fe、Ni;所述铁磁性合金材料包括Co-Fe、 Co-Fe-B、Ni-Fe;所述半金属材料包括Co-Mn-Si、Co-Fe-Al、Co-Fe-Si、Co-Mn-Al、 C〇-Fe-Al-Si、C〇-Mn-Ge、C〇-Mn-Ga、C〇-Mn-Ge-Ga。
[0015] 其中，所述参考磁性层采用铁磁性金属材料、铁磁性合金材料或半金属材料形成， 其厚度为0. 4~1. 8皿。
[001引其中，所述铁磁性金属材料包括Co、Fe;所述铁磁性合金材料包括Co-Fe、Co-Fe-B ;所述半金属材料包括Co-Mn-Si、Co-Fe-Al、Co-Fe-Si、Co-Mn-Al、Co-Fe-A^Si、 Co_Mn-Ge、Co_Mn-Ga、Co_Mn-Ge-Ga。
[0017] 其中，第一非磁性金属层和所述第二非磁性金属层采用化、化、Ag、Au、Ir、V、Nb、 Mo、Ru或Ag-Sn材料形成，其厚度为1~5皿。
[0018] 其中，在所述功能层的顶部还设有覆盖层，所述覆盖层为采用导电耐氧化材料形 成的单层膜或多层膜，其厚度为2~20nm。
[0019] 其中，所述基片为Si衬底、SiC衬底、玻璃衬底或Si-Si〇2衬底。
[0020] 本发明具有W下有益效果：
[0021] 本发明提供的用于磁敏传感器的GMR磁性纳米多层膜，在基片与功能层之间设置 缓冲层，缓冲层采用非磁性材料形成，其可W改善功能层的粗趟度，改善功能层的结构，降 低磁性层之间的磁性禪合，从而提高磁敏传感器的磁场灵敏度；同时提高功能膜的巨磁电 阻比值，从而提高磁敏传感器的线性调节范围。
【附图说明】
[0022] 图1A为本发明实施例GMR磁性纳米多层膜的结构示意图；
[0023] 图1B为本发明另一实施例GMR磁性纳米多层膜的结构示意图；
[0024] 图2A为本发明实施例GMR磁性纳米多层膜中参考磁性层和磁场探测层在外场中 的磁矩分布示意图；
[0025] 图2B为本发明另一实施例GMR磁性纳米多层膜中参考磁性层和磁场探测层在外 场中的磁矩分布示意图；
[0026] 图3A-3C为本发明实施例另H种GMR磁性纳米多层膜的结构示意图；
[0027] 图4A-4C为本发明实施例又H种GMR磁性纳米多层膜的结构示意图。
【具体实施方式】
[0028] 为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提 供的用于磁敏传感器的GMR磁性纳米多层膜进行详细描述。
[0029] GMR磁性纳米多层膜形成于基片的表面。GMR磁性纳米多层膜包括缓冲层、磁场探 测层、非磁性金属层、隧穿绝缘势垒层、参考磁性层和覆盖层。其中，磁场探测层、非磁性金 属层、隧穿绝缘势垒层和参考磁性层被称为功能层。
[0030] 图1A给出了本发明实施例的GMR磁性纳米多层膜的结构示意图。如图1A所示，基 片Sub的表面自下至上依次叠置有缓冲层化、功能层和覆盖层化。功能层为周期性的纳米 多层膜结构，功能层可W仅包括一个周期性结构，也可W包括多个周期结构，如两个、H个、 四个或更多个周期性结构。每个周期性结构自下至上依次包括磁场探测层化、第一非磁性 金属层醒1、第一隧穿绝缘势垒层SIi、参考磁性层化、第二隧穿绝缘势垒层Sl2和第二非磁 性金属层醒2。目P，磁场探测层化、第一非磁性金属层Nil、第一隧穿绝缘势垒层SIi、参考磁 性层化、第二隧穿绝缘势垒层SI,和第二非磁性金属层NM,由下至上依次叠置于缓冲层化 的表面，覆盖层化设于第二非磁性金属层醒2的表面。
[0031] 在本实施例中，基片Sub可W采用Si衬底、SiC衬底、玻璃衬底或Si-Si〇2衬底。 [003引缓冲层化设于基片Sub的表面，其厚度为2~50皿。缓冲层化采用化、Pt、Pd、 化N、TiN、Ru、化、Ag或Au材料制作，可W是上述材料中的一种材料形成的单层膜，如用Pt材 料形成笛膜；或者为上述材料中的任意几种材料形成的叠置的多层膜，如依次由化N、化、 Pt材料形成依次叠置的化N膜、化膜和Pt膜。将缓冲层化设置于基片Sub和功能层之间， 可W改善纳米多层膜的粗趟度，从而改善功能层的织构，降低磁性层之间的磁性禪合，进而 提高磁敏传感器的磁场灵敏度；同时提高功能膜的巨磁电阻比值 ，从而提高线性调节范围。
[0033] 在功能层中，磁场探测层化采用自旋极化率较高的Co、化或Ni等铁磁性金属材 料制作，或者采用Co-Fe、Co-Fe-B或Ni-Fe等铁磁性合金材料制作，或者采用Co-Mn-Si、 Co-Fe-Al、Co-Fe-Si、Co-Mn-Al、Co-Fe-Al-Si、Co-Mn-Ge、Co-Mn-Ga或Co-Mn-Ge-Ga等半金 属材料形成，其厚度为1~10皿。
[0034] 第一非磁性金属层Nil和第二非磁性金属层醒2采用化、化、Ag、Au、Ir、V、Nb、Mo、 Ru或Ag-Sn等非磁性材料制作，第一非磁性金属层醒1和第二非磁性金属层醒2的厚度为 1 ~5nm。
[00对第一隧穿绝缘势垒层SIi和第二隧穿绝缘势垒层SI2采用MgO、Al-0、MgAl204、HfX)2、Si化、Ti-0或A1N等氧化物和氮化物制成。第一隧穿绝缘势垒层SIi和第二隧穿绝缘势垒 层厚度小于或等于3皿。第一隧穿绝缘势垒层SIi和第二隧穿绝缘势垒层Sl2可W增加阻 抗，提高线性调节范围；W及降低磁性层之间的磁性禪合，提高磁敏传感器的磁场灵敏度。
[0036] 参考磁性层化采用自旋极化率较高的Co、化等铁磁性金属材料制成，或者采 用Co-Fe、Co-Fe-B等铁磁性合金材料制作，或者采用Co-Mn-Si、Co-Fe-Al、Co-Fe-Si、 Co-Mn-Al、Co-Fe-A^Si、Co-Mn-Ge、Co-Mn-Ga、Co-Mn-Ge-Ga等半金属材料制作。参考磁性 层化的厚度为0. 4~1. 8皿。
[0037] 覆盖层化用于保护功能层和缓冲层化不被氧化和腐蚀，其采用不易被氧化且导 电性较好的金属材料制作，如采用Ta、化、A1、Ru、Au、Ag、Pt等材料制作。覆盖层化可W 是采用其中一种材料形成的单层膜，或者采用其中任意几种材料形成的多层膜，如采用化、 A1、Ru材料依次形成叠置的化膜、A1膜和Ru膜。覆盖层化的厚度为2~20皿。
[0038] 下面介绍本实施例提供的GMR磁性纳米多层膜的工作原理。如图2A所示，第一非 磁性金属层Nil和第二非磁性金属层醒2结合界面各向异性和自旋轨道禪合，能够诱导参考 磁性层化的磁矩Muf的方向垂直于薄膜表面（即基片Sub的表面)。当外磁场H为零时，磁 场探测层化的磁矩nif位于纳米多层膜面内，即磁场探测层化的磁矩nif的方向平行于基片 Sub的表面。换言之，当外磁场H为零时，磁场探测层化的磁矩nif的方向（图中实线箭头所 示）与参考磁性层化的磁矩Muf的方向相互垂直。当外磁场H(外磁场H的方向垂直于基 片Sub的表面)不为零时，磁场探测层化的磁矩nif的方向（图中虚线箭头所示)随外磁场发 生转动，参考磁性层化的磁矩Muf和磁场探测层化的磁矩nif的夹角发生变化，参考磁性层 化的磁矩Muf和磁场探测层化的磁矩nif的夹角不再为90°，从而实现对外磁场H变化的 感应。外磁场H结合参考磁性层化将磁场探测层化的磁矩转动的信息可转化成电信号。
[0039] 在另一实施例中，功能层的同样包括至少一个周期性结构。如图1B所示，每个周 期性结构自下而上依次包括第一非磁性金属层Nil、第一隧穿绝缘势垒层SIi、参考磁性层 化、第二隧穿绝缘势垒层Sl2、第二非磁性金属层醒2和磁场探测层化。也就是说，第一非磁 性金属层醒1设于缓冲层化的表面，磁场探测层化的表面设置覆盖层CAP。
[0040]如图2B所示，当外磁场H为零时，参考磁性层化的磁矩Mfw的方向垂直于纳米多 层膜的表面，磁场探测层化的磁矩nif的方向平行于纳米多层膜的表面，即，磁场探测层化 的磁矩nif的方向（图中实线箭头所示）与参考磁性层化的磁矩Mfw的方向相互垂直。当外 磁场H(外磁场H的方向垂直于基片Sub的表面）不为零时，磁场探测层化的磁矩nif的方 向（图中虚线箭头所示）随外磁场发生转动，参考磁性层化的磁矩Muf和磁场探测层化的 磁矩nif的夹角发生变化，参考磁性层化的磁矩Muf和磁场探测层化的磁矩nif的夹角不再 为90°，从而实现对外磁场H变化的感应。
[0041] 需要说明的是，每个周期性结构并不局限于图1A和图1B所示的结构。实际上，每 个周期性结构还可W采用但不限于如下结构，即，每个周期性结构依次包括叠置的磁场探 测层FL/第一非磁性金属层Nil/隧穿绝缘势垒层SI/参考磁性层化/第二非磁性金属层 醒2,如图3A所示；或者，每个周期性结构依次包括叠置的磁场探测层FL/第一非磁性金属 层醒i/参考磁性层化/隧穿绝缘势垒层SI/第二非磁性金属层醒2,如图3B所示；或者，每 个周期性结构依次包括叠置的磁场探测层FL/第一非磁性金属层醒i/参考磁性层化/第 二非磁性金属层醒2,如图3C所示。
[0042] 或者，每个周期性结构依次包括叠置的第一非磁性金属层醒i/隧穿绝缘势垒层 SI/参考磁性层化/第二非磁性金属层醒2/磁场探测层化，如图4A所示；或者，每个周期 性结构依次包括叠置的第一非磁性金属层Nil/参考磁性层化/隧穿绝缘势垒层SI/第二非 磁性金属层醒2/磁场探测层化，如图4B所示；或者，每个周期性结构依次包括叠置的第一 非磁性金属层醒i/参考磁性层化/第二非磁性金属层醒2/磁场探测层化，如图4C所示。
[0043] 还需要说明的是，不管采用何种形式，周期性结构均包括第一非磁性金属层醒i/ 参考磁性层化/第二非磁性金属层NM2/磁场探测层化，优选在非磁性金属层醒和参考磁 性层化之间设置隧穿绝缘势垒层SI，W增加功能层的阻抗，从而增加了磁敏传感器的线性 范围；同时降低磁性层之间的磁性禪合，从而提高磁敏传感器的灵敏度。
[0044] 下面介绍上述实施例GMR磁性纳米多层膜的制造方法。
[0045] 实施例1 :
[0046] 1)采用厚度为1mm的Si-Si〇2衬底作为基片Sub,通过磁控姗射在基片Sub表面沉 积缓冲层化,缓冲层化包括畳直的化层和Au层,化层和Au层的厚度分别为5皿和3皿。 在磁控姗射时，真空优选优于6Xl〇-中a。
[0047] 2)采用磁控姗射技术在缓冲层化的表面沉积NisaFew材料形成磁场探测层化。 在磁控姗射时，真空优选优于6X1(T中a,沉积速率为0.Inm/s左右。
[0048] 3)采用磁控姗射技术在磁场探测层化表面沉积Au，形成第一非磁性金属层醒1。 在磁控姗射时，真空优选优于6X1(T中a,沉积速率为0. 2nm/s左右。
[0049] 4)采用磁控姗射技术在第一非磁性金属层醒1表面沉积A10,，形成第一隧穿绝缘 势垒层SIi。在磁控姗射时，真空优选优于6X1(T中a,沉积速率为0. 07nm/s左右。
[0050] 5)采用磁控姗射技术在第一隧穿绝缘势垒层SIi表面沉积Co,形成参考磁性层 化。在磁控姗射时，真空优选优于6X1(T中a,沉积速率为0. 06nm/s左右。
[0051] 6)采用磁控姗射技术在参考磁性层化表面沉积A10,，形成第二隧穿绝缘势垒层 SI2。在磁控姗射时，真空优选优于6X1(T中a,沉积速率为0. 07nm/s左右。
[0052] 7)采用磁控姗射技术在第二隧穿绝缘势垒层Sl2在表面沉积Au，形成第二非磁性 金属层醒2。在磁控姗射时，真空优选优于6X1(T中a,沉积速率为0. 2nm/s左右。
[0053] 8)采用磁控姗射技术重复步骤2) - 7)，在缓冲层化表面获得15个周期性结构。
[0054] 9)采用磁控姗射技术在最顶层的第二非磁性金属层醒2表面沉积化和Au，形成 覆盖层CAP。
[0055]GMR磁性纳米多层膜各层的具体成分和厚度见附表1。
[005引 附表1
[0057]
[005引注；在附表1及W下的附表中，圆括号内的数字为厚度，单位nm。
[00则 实施例2
[0060] 采用与实施例1相同的制作方法制备GMR磁 性纳米多层膜，不同之处在于GMR磁 性纳米多层膜的结构和厚度。实施例2制备的磁性纳米多层膜的结构为；Sub/BL/[FL/醒i/ SI/化/Mylo/CAP。GMR磁性纳米多层膜各层的具体成分和厚度见附表2。
[006。 附表2
[0062]
[0063] 实施例3
[0064] 采用与实施例1相同的制作方法制备GMR磁性纳米多层膜，不同之处在于GMR磁 性纳米多层膜的结构和厚度。实施例3制备的磁性纳米多层膜的结构为；Sub/BL/[FL/醒i/ 化/SI/Nl2]g/CAP。GMR磁性纳米多层膜各层的具体成分和厚度见附表3。
[006引 附表3
[0066]
[0067]实施例4
[006引采用与实施例1相同的制作方法制备GMR磁性纳米多层膜，不同之处在于GMR磁 性纳米多层膜的结构和厚度。实施例4制备的磁性纳米多层膜的结构为；Sub/BL/[FL/醒i/ 化/My2/CAP。GMR磁性纳米多层膜各层的具体成分和厚度见附表4。
[006引 附表4
[0070]
[00川实施例5
[0072]采用与实施例1相同的制作方法制备GMR磁性纳米多层膜，不同之处在于GMR磁 性纳米多层膜的结构和厚度。实施例5制备的磁性纳米多层膜的结构为；Sub/BL/[NMi/SIi/ 化/Sl2/Nl2/FL]2e/CAP。GMR磁性纳米多层膜各层的具体成分和厚度见附表5。
[007引附表5[0074]
[00巧]实施例6
[0076]采用与实施例1相同的制作方法制备GMR磁性纳米多层膜，不同之处在于GMR磁 性纳米多层膜的结构和厚度。实施例6制备的磁性纳米多层膜的结构为；Sub/BL/[NMi/SI/ 化/NM2/FL] 30/CAP。GMR磁性纳米多层膜各层的具体成分和厚度见附表6。
[0077] 附表 6
[0078]
[007引 实施例7
[0080] 采用与实施例1相同的制作方法制备GMR磁性纳米多层膜，不同之处在于GMR磁 性纳米多层膜的结构和厚度。实施例7制备的磁性纳米多层膜的结构为；Sub/BL/[NMi/化/ SI/NMs/FUie/CAP。GMR磁性纳米多层膜各层的具体成分和厚度见附表7。
[00引]附表7 [0082]
[008引 实施例8
[0084] 采用与实施例1相同的制作方法制备GMR磁性纳米多层膜，不同之处在于GMR磁 性纳米多层膜的结构和厚度。实施例8制备的磁性纳米多层膜的结构为；Sub/BL/[Nil/化/ NMs/FUw/CAP。GMR磁性纳米多层膜各层的具体成分和厚度见附表8。
[00财 附表8
[0086]
[0087] 实施例1至实施例8仅实例性的列举了八种结构的GMR磁性纳米多层膜的制作方 法，该并不表示本发明GMR磁性纳米多层膜仅能通过该八种方式获得。
[008引上述实施例提供的用于磁敏传感器的GMR磁性纳米多层膜，在基片与功能层之间 设置缓冲层，缓冲层采用非磁性材料形成，其可W改善功能层的粗趟度，降低磁性层之间的 磁性禪合，从而提高磁敏传感器的磁场灵敏度；同时提高功能膜的巨磁电阻比值，从而提高 线性调节范围。
[0089] 利用本发明提供的GMR磁性纳米多层膜获得的磁敏传感器不仅可W应用于磁硬 盘皿D中的磁读头，而且可W用于金融领域，如ATM机的磁读头，验钞机磁头，P0S机磁头等。
[0090] 可W理解的是，W上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施 方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精 神和实质的情况下，可W做出各种变型和改进，该些变型和改进也视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 用于磁敏传感器的GMR磁性纳米多层膜，包括设于基片表面的功能层，其特征在于， 在所述基片和所述功能层之间还设有非磁性材料形成的用于改善所述功能层织构的缓冲 层。2. 根据权利要求1所述的用于磁敏传感器的GMR磁性纳米多层膜，其特征在于，所述缓 冲层为采用Ta、Pt、PcUCuN、TiN、Ru、Cr、Ag或Au材料中的一种材料形成的单层膜，或者为 上述材料中任意几种材料形成的多层膜。3. 根据权利要求1所述的用于磁敏传感器的GMR磁性纳米多层膜，其特征在于，所述缓 冲层的厚度为2~50nm。4. 根据权利要求1所述的用于磁敏传感器的GMR磁性纳米多层膜，其特征在于，所述功 能层为周期性结构，每个周期性结构包括依次叠置的磁场探测层、第一非磁性金属层、参考 磁性层和第二非磁性金属层；或者包括依次叠置的第一非磁性金属层、参考磁性层、第二非 磁性金属层和磁场探测层。5. 根据权利要求4所述的用于磁敏传感器的GMR磁性纳米多层膜，其特征在于，在所述 第一非磁性金属层和所述参考磁性层之间还设有隧穿绝缘势垒层，或/和，在所述参考磁 性层和所述第二非磁性金属层之间设有隧穿绝缘势垒层。6. 根据权利要求5所述的用于磁敏传感器的GMR磁性纳米多层膜，其特征在于，所述隧 穿绝缘势垒层采用MgO、Al-O、MgAl204、Hf02、Si02、Ti-O或AlN材料形成，其厚度小于或等 于 3nm。7. 根据权利要求4所述的用于磁敏传感器的GMR磁性纳米多层膜，其特征在于，所述磁 场探测层采用铁磁性金属材料、铁磁性合金材料或半金属材料形成，其厚度为1~lOnm。8. 根据权利要求7所述的用于磁敏传感器的GMR磁性纳米多层膜，其特征在于，所述铁 磁性金属材料包括Co、Fe、Ni;所述铁磁性合金材料包括Co-Fe、Co-Fe-B、Ni-Fe;所述半金 属材料包括Co-Mn-Si、Co-Fe-Al、Co-Fe-Si、Co-Mn-Al、Co-Fe-Al-Si、Co-Mn-Ge、Co-Mn-Ga、 Co_Mn_Ge_Ga〇9. 根据权利要求4所述的用于磁敏传感器的GMR磁性纳米多层膜，其特征在于，所 述参考磁性层采用铁磁性金属材料、铁磁性合金材料或半金属材料形成，其厚度为0. 4~ I. 8nm〇10. 根据权利要求9所述的用于磁敏传感器的GMR磁性纳米多层膜，其特征在于，所 述铁磁性金属材料包括Co、Fe;所述铁磁性合金材料包括Co-Fe、Co-Fe-B;所述半金属材 料包括Co-Mn-Si、Co-Fe-Al、Co-Fe-Si、Co-Mn-Al、Co-Fe-Al-Si、Co-Mn-Ge、Co-Mn-Ga、 Co_Mn_Ge_Ga〇11. 根据权利要求4所述的用于磁敏传感器的GMR磁性纳米多层膜，其特征在于，第一 非磁性金属层和所述第二非磁性金属层采用Cr、Cu、Ag、Au、Ir、V、Nb、Mo、Ru或Ag-Sn材料 形成，其厚度为I~5nm。12. 根据权利要求1-11任意一项所述的用于磁敏传感器的GMR磁性纳米多层膜，其特 征在于，在所述功能层的顶部还设有覆盖层，所述覆盖层为采用导电耐氧化材料形成的单 层膜或多层膜，其厚度为2~20nm。13. 根据权利要求1-11任意一项所述的用于磁敏传感器的GMR磁性纳米多层膜，其特 征在于，所述基片为Si衬底、SiC衬底、玻璃衬底或Si-SiO2衬底。
【专利摘要】本发明提供一种用于磁敏传感器的GMR磁性纳米多层膜，包括设于基片表面的功能层，在所述基片和所述功能层之间还设有非磁性材料形成的用于改善所述功能层织构的缓冲层。该GMR磁性纳米多层膜可提高磁敏传感器的磁场灵敏度和线性调节范围。
【IPC分类】G01R33/09, H01F10/12, H01L43/10, H01L43/08, B82Y25/00
【公开号】CN104900800
【申请号】CN201410074695
【发明人】不公告发明人
【申请人】北京嘉岳同乐极电子有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年3月3日
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