專利名稱：磁性多層膜霍爾元件及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及霍爾元件，特別是涉及磁性多層膜霍爾元件及其制備方法。
背景技術(shù)：
霍爾效應(yīng)是材料的基本特性之一?；诨魻栃?yīng)的霍爾元件具有線性好，靈敏度高、穩(wěn)定性好等特點。

圖1為一般的霍爾元件結(jié)構(gòu)示意圖，其中，電極I和4為電流輸入端，電極2、3、5和6為電壓輸出端,一外加磁場沿垂直兀件表面施加,其中，電極2和5(或3和6)用于測量元件的縱向電壓Vxx，從而可以得到材料的縱向電阻率Pxx;電極2和3 (或5和6)用于測量元件的霍爾電壓Vxy，從而可以得到材料的霍爾電阻率Pxy。目前基于半導(dǎo)體材料的霍爾元件已廣泛應(yīng)用于傳感器領(lǐng)域，用于對磁場、位移以及電流的測量，但其存在如工作頻率(不超過MHz)較低等不足，阻礙了進一步發(fā)展。金屬材料具有工作頻率高的特點[參見 1.Fergen, J.Magn.Magn.Mater.242-245 (2002), 146],但對于非磁性金屬而言,由于其載流子密度太大導(dǎo)致霍爾效應(yīng)非常微弱。與非磁性金屬不同，磁性金屬材料存在兩種霍爾效應(yīng):即正?；魻栃?yīng)和反?；魻栃?yīng)。對于磁性薄膜材料，其霍爾電阻率Pxy可以表示為:
權(quán)利要求
1.一種磁性多層膜霍爾元件，包括復(fù)合多層結(jié)構(gòu)的磁性多層膜，所述磁性多層膜包括至少一個基本單元，每一所述基本單元包括非磁性金屬化合物層MO、磁性金屬材料層FM和非磁性金屬材料層匪，其中，在所述基本單元中，所述非磁性金屬化合物層MO和所述非磁性金屬材料層NM分別設(shè)置在所述磁性金屬材料層FM的兩側(cè)；所述非磁性金屬材料層NM由選自Ta、Hf、Zr、Mo、Nb和W其中之一的金屬形成，或由包含Ta、Hf、Zr、Mo、Nb和W其中至少一種元素的合金形成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性多層膜霍爾元件，其特征在于，所述基本單元由順序鄰接的所述非磁性金屬化合物層MO、磁性金屬材料層FM和非磁性金屬材料層NM構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁性多層膜霍爾元件，其特征在于，包括層疊設(shè)置的多個所述基本單元，其中，對于任意相鄰兩個所述基本單元，其中的非磁性金屬化合物層MO、磁性金屬材料層FM和非磁性金屬材料層NM的層疊順序相同或者相反。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁性多層膜霍爾元件，其特征在于，所述多個所述基本單元為N個所述基本單元，其中，N在2-99之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁性多層膜霍爾元件，其特征在于，所述相鄰兩個基本單元共用同一個非磁性金屬化合物層MO或非磁性金屬材料層NM。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的磁性多層膜霍爾元件，其特征在于，所述磁性金屬材料層FM由含有B元素的磁性合金形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的磁性多層膜霍爾元件，其特征在于，所述磁性合金為CoxTMYFei。。-X_YBZ，其中，O 彡 X 彡 100，O 彡 Y 彡 100，0〈Z 彡 40，TM 選自 N1、Zr、Nb、Mg 中至少一種元素。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的磁性多層膜霍爾元件，其特征在于，所述非磁性金屬化合物層MO由選自至少包含Mg、Al、Hf、T1、Zr、S1、Mo、Nb和Ta其中之一元素的氧化物或氮化物形成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項所述的磁性多層膜霍爾元件，其特征在于，還包括設(shè)置于所述磁性多層膜一側(cè)的基片。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的磁性多層膜霍爾元件，其特征在于，在所述磁性多層膜的與設(shè)置所述基片一側(cè)相反的一側(cè)，所述磁性多層膜的最外層為所述非磁性金屬化合物層MO。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的磁性多層膜霍爾元件，其特征在于，在所述磁性多層膜的與設(shè)置所述基片一側(cè)相反的一側(cè)`，當(dāng)所述磁性多層膜的最外層為所述非磁性金屬材料層NM時，還包括在所述磁性多層膜上設(shè)置的保護層，所述保護層為選自至少包含Mg、Al、Hf、T1、Zr、S1、Mo、Nb和Ta其中之一元素的氧化物或氮化物。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11中任一項所述的磁性多層膜霍爾元件，其特征在于，所述磁性金屬材料層FM由Co、Fe、B的三兀合金形成,所述非磁性金屬材料層匪由Ta形成。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項所述的磁性多層膜霍爾元件，其特征在于，所述非磁性金屬材料層NM的厚度在0.2-100nm之間；所述非磁性金屬化合物層MO的厚度在0.2-100nm之間；所述磁性金屬材料層FM的厚度在0.2_10nm之間；所述保護層的厚度在0.5-100nm 之間。
14.一種制備權(quán)利要求1-13中任一項所述的磁性多層膜霍爾元件的方法，其特征在于，包括采用磁控濺射法或熱蒸發(fā)法或電子束蒸發(fā)法在基片上順次沉積所述磁性多層膜霍爾元件的各膜層；優(yōu)選地，在沉積結(jié)束后對所述基片上沉積的膜層進行退火處理，退火溫度為 100-600°C，退 火時間 為 l-600min。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種磁性多層膜霍爾元件及其制備方法。所述磁性多層膜霍爾元件包括復(fù)合多層結(jié)構(gòu)的磁性多層膜，所述磁性多層膜包括至少一個基本單元，每一所述基本單元包括非磁性金屬化合物層MO、磁性金屬材料層FM和非磁性金屬材料層NM，其中，在所述基本單元中，所述非磁性金屬化合物層MO和所述非磁性金屬材料層NM分別設(shè)置在所述磁性金屬材料層FM的兩側(cè)；所述非磁性金屬材料層NM由選自Ta、Hf、Zr、Mo、Nb和W其中之一的金屬形成，或由包含Ta、Hf、Zr、Mo、Nb和W其中至少一種元素的合金形成。本發(fā)明的磁性多層膜霍爾元件同時具有大霍爾電阻率，大縱向電阻率以及小矯頑力的特性，有望用于制備高性能的霍爾元件。
文檔編號H01L43/14GK103137850SQ20131005547
公開日2013年6月5日 申請日期2013年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月21日
發(fā)明者朱濤 申請人:中國科學(xué)院物理研究所