一種90度自偏置自旋閥傳感單元的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種90度自偏置自旋閥傳感單元，屬于磁性材料與元器件【技術(shù)領(lǐng)域】的磁傳感技。本發(fā)明包括基片，所述基片上自下而上依次設(shè)有自由層、隔離層、被釘扎層和釘扎層，其特征在于：所述自由層為自下而上依次設(shè)置的第一反磁鐵層、第一鐵磁層、第二反鐵磁層、第一金屬層、第二鐵磁層、第二金屬層和第三鐵磁層組成。本發(fā)明能夠在不設(shè)置附加偏置結(jié)構(gòu)、附加工藝處理的情況下實(shí)現(xiàn)自由層與釘扎層磁矩在無外磁場時(shí)呈90度取向，降低自旋閥傳感單元的制造難度；本發(fā)明的90度自偏置自旋閥傳感單元的磁阻線對(duì)外磁場的變化呈線性響應(yīng)，線性響應(yīng)的磁阻曲線無磁滯，滿足對(duì)自旋閥傳感單元的要求。
【專利說明】一種90度自偏置自旋閥傳感單元
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于磁性材料與元器件【技術(shù)領(lǐng)域】的磁傳感技術(shù)，具體涉及一種90度自偏置自旋閥傳感單元。
【背景技術(shù)】
[0002]磁自旋閥傳感器因其飽和磁場低、磁場靈敏度高、溫度穩(wěn)定性好，成為新一代傳感器家族中的姣姣者。自旋閥磁傳感器基于巨磁電阻效應(yīng)，基本結(jié)構(gòu)為:自由層/隔離層/釘扎層/反鐵磁層。其基本原理為該結(jié)構(gòu)在外磁場作用下由于自由層與釘扎層磁矩取向的不同，呈現(xiàn)不同的電阻變化，因而利用測試到的電阻變化值可以實(shí)現(xiàn)對(duì)磁場變化的探測。
[0003]對(duì)于一可靠的自旋閥磁傳感器要求其磁阻曲線具有兩個(gè)基本特征:一是對(duì)外磁場的變化能呈現(xiàn)線性響應(yīng)；二是線性響應(yīng)的磁阻曲線最好能無磁滯。為達(dá)到這兩個(gè)要求，自旋閥結(jié)構(gòu)中自由層與釘扎層的磁矩在無外磁場時(shí)應(yīng)呈90度取向。由于一般在磁場下沉積的自旋閥單元中自由層與釘扎層的磁矩在零場下是平行取向的，為使他們的磁矩相互垂直，在工業(yè)界中一般采用永磁鐵偏置、特殊電路產(chǎn)生磁場偏置、相互垂直的磁場下分別沉積自由層和釘扎層等方式來實(shí)現(xiàn)。由此可見，無論采用上述哪種方式，都將帶來附加的工藝處理或附加的偏置結(jié)構(gòu)，造成傳感器制備工藝難度增大。另外，由于附加偏置結(jié)構(gòu)的制備，使傳感器的尺寸受制于附加偏置結(jié)構(gòu)，不利于器件的小型化。因此，如能從自旋閥結(jié)構(gòu)本身出發(fā)，實(shí)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)內(nèi)的90度自偏置，即通過結(jié)構(gòu)的改變使自旋閥單元在磁場下沉積后即實(shí)現(xiàn)自由層與釘扎層磁矩90度取向，而不再需要附加工藝處理或附加偏置結(jié)構(gòu)，這將大大降低該類傳感器的制備難度，有助于磁傳感領(lǐng)域的發(fā)展。本發(fā)明正是著手解決這種需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種90度自偏置自旋閥傳感單元，能夠在不設(shè)置附加偏置結(jié)構(gòu)、附加工藝處理的情況下實(shí)現(xiàn)自由層與被釘扎層磁矩在無外磁場時(shí)呈90度取向，降低自旋閥傳感單元的制造難度；本發(fā)明的90度自偏置自旋閥傳感單元的磁阻線對(duì)外磁場的變化呈線性響應(yīng)，線性響應(yīng)的磁阻曲線無磁滯，滿足對(duì)自旋閥傳感單元的要求。
[0005]本發(fā)明為解決上述問題所采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種90度自偏置自旋閥傳感單元，包括基片，所述基片上自下而上依次設(shè)有自由層、隔離層、被釘扎層和釘扎層，其特征在于:所述自由層為自下而上依次設(shè)置的第一反磁
鐵層、第一鐵磁層、第二反鐵磁層、第一金屬層、第二鐵磁層、第二金屬層和第三鐵磁層組成。
[0007]進(jìn)一步地，所述釘扎層為第三反鐵磁層。
[0008]進(jìn)一步地，所述釘扎層為至下而上依次設(shè)置的第三金屬層、第四鐵磁層和第三反鐵磁層組成或者由自下而上依次設(shè)置的第三金屬層、第四鐵磁層、第四金屬層、第五鐵磁層和第三反鐵磁層組成。
[0009]進(jìn)一步地，所述基片與自由層之間還設(shè)有緩沖層，所述緩沖層由Cu制成。[0010]進(jìn)一步地,所述第一反鐵磁層、第二反鐵磁層、第三反鐵磁層由FeMn、NiMn> IrMn、PtMn或NiO制成。
[0011]進(jìn)一步地，所述第二反鐵磁層的厚度為1-20 A。
[0012]進(jìn)一步地，所述第一鐵磁層、第二鐵磁層、第三鐵磁層、第四鐵磁層、第五鐵磁層由N1、Fe、Co或Ni/Fe/Co的合金制成。
[0013]進(jìn)一步地，所述第一金屬層由Cu制成,所述第一金屬層的厚度為0-10A。
[0014]進(jìn)一步地，所述第二金屬層、第三金屬層和第四金屬層由Ru或Cu制成。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的有益效果:通過將現(xiàn)有的單層的自由層改變?yōu)楸景l(fā)明所提供的多層膜結(jié)構(gòu):即由第一反磁鐵層/第一鐵磁層/第二反鐵磁層/第一金屬層/第二鐵磁層/第二金屬層/第三鐵磁層組成，可使自由層的磁矩與釘扎層的磁矩在沉積完成后即呈90度取向，滿足了磁傳感單元沉積后不添加任何附加偏置結(jié)構(gòu)或進(jìn)行附加工藝處理，自由層與釘扎層的磁矩在無外磁場時(shí)呈90度取向的要求。降低自旋閥傳感單元的制造難度；本發(fā)明的90度自偏置自旋閥傳感單元的磁阻線對(duì)外磁場的變化呈線性響應(yīng)，線性響應(yīng)的磁阻曲線無磁滯，滿足對(duì)自旋閥傳感單元的要求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明所提供的90度自偏置自旋閥傳感單元實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2是按照本發(fā)明所制備的90度自偏置自旋閥傳感單元的磁阻響應(yīng)曲線；
[0018]圖中標(biāo)記:1、基片，2、緩沖層、3、第一反鐵磁層,4、第一鐵磁層,5、第二反鐵磁層，
6、第一金屬層,7、第二鐵磁`層,8、第二金屬層,9、第三鐵磁層，10、隔離層，11、被釘扎層，12、釘扎層。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，并不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的其他所用實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0020]一種90度自偏置自旋閥傳感單元，所述基片上自下而上依次設(shè)有自由層、隔離層、被釘扎層和釘扎層，其特征在于:所述自由層為自下而上依次設(shè)置的第一反磁鐵層、第一鐵磁層、第二反鐵磁層、第一金屬層、第二鐵磁層、第二金屬層和第三鐵磁層組成。
[0021]進(jìn)一步地，所述釘扎層為第三反鐵磁層。
[0022]進(jìn)一步地，所述釘扎層為至下而上依次設(shè)置的第三金屬層、第四鐵磁層和第三反鐵磁層組成或者由自下而上依次設(shè)置的第三金屬層、第四鐵磁層、第四金屬層、第五鐵磁層和第三反鐵磁層組成。
[0023]進(jìn)一步地，所述基片與自由層之間還設(shè)有緩沖層，所述緩沖層由Cu制成。
[0024]進(jìn)一步地,所述第一反鐵磁層、第二反鐵磁層、第三反鐵磁層由FeMn、NiMn> IrMn、PtMn或NiO制成。
[0025]進(jìn)一步地，所述第二反鐵磁層的厚度為1-20 A?
[0026]進(jìn)一步地，所述第一鐵磁層、第二鐵磁層、第三鐵磁層、第四鐵磁層、第五鐵磁層由N1、Fe、Co或Ni/Fe/Co的合金制成。[0027]進(jìn)一步地，所述第一金屬層由Cu制成，所述第一金屬層的厚度為0-10A。
[0028]進(jìn)一步地，所述第二金屬層、第三金屬層和第四金屬層由Ru或Cu制成。
[0029]實(shí)施例一
[0030]結(jié)合圖1，本實(shí)施例的90度自偏置自旋閥傳感單元，包括基片，所述基片上自下而上依次設(shè)有自由層、隔離層、被釘扎層和釘扎層，所述自由層為自下而上依次設(shè)置的第一反
磁鐵層、第一鐵磁層、第二反鐵磁層、第一金屬層、第二鐵磁層、第二金屬層和第三鐵磁層組成。
[0031]進(jìn)一步地，所述釘扎層為第三反鐵磁層。
[0032]進(jìn)一步地，所述基片與自由層之間還設(shè)有緩沖層，所述緩沖層由Cu制成。
[0033]進(jìn)一步地,所述第一反鐵磁層、第二反鐵磁層、第三反鐵磁層由FeMn、NiMn> IrMn、PtMn或NiO制成。
[0034]進(jìn)一步地，所述第二反鐵磁層的厚度為1-20 \
[0035]進(jìn)一步地,所述第一鐵磁層、第二鐵磁層和第三鐵磁層由N1、Fe、Co或Ni/Fe/Co的合金制成。
[0036]進(jìn)一步地，所述第一金屬層由Cu制成,所述第一金屬層的厚度為O-lOA。
[0037]進(jìn)一步地，所述第二金屬層由Ru或Cu制成。
[0038]采用薄膜沉積工藝并在外磁場H(H選擇:50?3000e)作用下沉積所提出的90度自偏置自旋閥傳感單兀:Si 基片 /Cu (5nm) /IrMn (15nm) /NiFe (7nm) /IrMn (1.5nm) /Cu (8.4A)
/NiFe (5nm) /Ru (8A) /NiFe (5nm) /Cu (4nm) /NiFe (8nm) / IrMn (15nm)。制備完成后利用四探針
法在變化外磁場下測試其磁阻曲線，如圖2所示。從該磁阻曲線上可以看到該傳感單元對(duì)外磁場的變化能呈現(xiàn)線性響應(yīng)且磁阻曲線基本無磁滯，這說明本發(fā)明提出的自旋閥結(jié)構(gòu)中自由層與釘扎層的磁矩呈90度取向，利用該結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了不附加工藝處理和附加偏置結(jié)構(gòu)等，降低了該類磁傳感單元制備的難度。
[0039]實(shí)施例二
[0040]本實(shí)施例的90度自偏置自旋閥傳感單元包括基片，所述基片上自下而上依次設(shè)有自由層、隔離層、被釘扎層和釘扎層，所述自由層為自下而上依次設(shè)置的第一反磁鐵層、第一鐵磁層、第二反鐵磁層、第一金屬層、第二鐵磁層、第二金屬層和第三鐵磁層組成。
[0041]所述釘扎層為至下而上依次設(shè)置的第三金屬層、第四鐵磁層和第三反鐵磁層組成。
[0042]進(jìn)一步地，所述基片與自由層之間還設(shè)有緩沖層，所述緩沖層由Cu制成。
[0043]進(jìn)一步地,所述第一反鐵磁層、第二反鐵磁層、第三反鐵磁層由FeMn、NiMn> IrMn、PtMn或NiO制成。
[0044]進(jìn)一步地，所述第二反鐵磁層的厚度為1-20 L
[0045]進(jìn)一步地，所述第一鐵磁層、第二鐵磁層、第三鐵磁層和第四鐵磁層由N1、Fe、Co或Ni/Fe/Co的合金制成。
[0046]進(jìn)一步地，所述第一金屬層由Cu制成,所述第一金屬層的厚度為0-10A,,
[0047]進(jìn)一步地,所述第二金屬層和第三金屬層由Ru或Cu制成。[0048]采用薄膜沉積工藝并在外磁場H (H選擇:50?3000e)作用下沉積所提出的90度自偏置自旋閥傳感單兀:Si 基片 /Cu (5nm) /FeMn (15nm) /NiFe (7nm) /IrMn (1.5nm) /Cu(IA)
NiFe (5nm) /Ru (,8A) NiFe (5nm) /Cu (4nm) /NiFe (8nm) / IrMn (15nm)。制備完成后利用四探針法
在變化外磁場下測試其磁阻曲線，如圖2所示。從該磁阻曲線上可以看到該傳感單元對(duì)外磁場的變化能呈現(xiàn)線性響應(yīng)且磁阻曲線基本無磁滯，這說明本發(fā)明提出的自旋閥結(jié)構(gòu)中自由層與釘扎層的磁矩呈90度取向，利用該結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了不附加工藝處理和附加偏置結(jié)構(gòu)等，降低了該類磁傳感單元制備的難度。
[0049]實(shí)施例三
[0050]本實(shí)施例的90度自偏置自旋閥傳感單元包括基片，所述基片上自下而上依次設(shè)有自由層、隔離層、被釘扎層和釘扎層，所述自由層為自下而上依次設(shè)置的第一反磁鐵層、第一鐵磁層、第二反鐵磁層、第一金屬層、第二鐵磁層、第二金屬層和第三鐵磁層組成。
[0051]所述釘扎層由自下而上依次設(shè)置的第三金屬層、第四鐵磁層、第四金屬層、第五鐵磁層和第三反鐵磁層組成。
[0052]進(jìn)一步地，所述基片與自由層之間還設(shè)有緩沖層，所述緩沖層由Cu制成。
[0053]進(jìn)一步地,所述第一反鐵磁層、第二反鐵磁層、第三反鐵磁層由FeMn、NiMn> IrMn、PtMn或NiO制成。
[0054]進(jìn)一步地，所述第二反鐵磁層的厚度為1-20 A,,
[0055]進(jìn)一步地，所述第一鐵磁層、第二鐵磁層、第三鐵磁層、第四鐵磁層和第五鐵磁層由N1、Fe、Co或Ni/Fe/Co的合金制成。
[0056]進(jìn)一步地，所述第一金屬層由Cu制成，所述第一金屬層的厚度為0-10A。
[0057]進(jìn)一步地，所述第二金屬層、第三金屬層和第四金屬層由Ru或Cu制成。
[0058]采用薄膜沉積工藝并在外磁場H(H選擇:50?3000e)作用下沉積所提出的90度自偏置自旋閥傳感單兀:Si 基片 /Cu (5nm) /IrMn (15nm) /NiFe (7nm) /IrMn (1.5nm) /Cu (20A)
/NiFe (5nm) /Ru (8A) /NiFe (5n m) /Cu (4nm) /NiFe (8nm) / IrMn (15nm)。制備完成后利用四探
針法在變化外磁場下測試其磁阻曲線，如圖2所示。從該磁阻曲線上可以看到該傳感單元對(duì)外磁場的變化能呈現(xiàn)線性響應(yīng)且磁阻曲線基本無磁滯，這說明本發(fā)明提出的自旋閥結(jié)構(gòu)中自由層與釘扎層的磁矩呈90度取向，利用該結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了不附加工藝處理和附加偏置結(jié)構(gòu)等，降低了該類磁傳感單元制備的難度。
【權(quán)利要求】
1.一種90度自偏置自旋閥傳感單元，包括基片，所述基片上自下而上依次設(shè)有自由層、隔離層、被釘扎層和釘扎層，其特征在于:所述自由層為自下而上依次設(shè)置的第一反磁鐵層、第一鐵磁層、第二反鐵磁層、第一金屬層、第二鐵磁層、第二金屬層和第三鐵磁層組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的90度自偏置自旋閥傳感單元，其特征在于:所述釘扎層為第三反鐵磁層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的90度自偏置自旋閥傳感單元，其特征在于:所述釘扎層為至下而上依次設(shè)置的第三金屬層、第四鐵磁層和第三反鐵磁層組成或者由自下而上依次設(shè)置的第三金屬層、第四鐵磁層、第四金屬層、第五鐵磁層和第三反鐵磁層組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的90度自偏置自旋閥傳感單元，其特征在于:所述基片與自由層之間還設(shè)有緩沖層，所述緩沖層由Cu制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的90度自偏置自旋閥傳感單元，其特征在于:所述第一反鐵磁層、第二反鐵磁層、第三反鐵磁層由FeMn、NiMn、IrMn> PtMn或NiO制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的90度自偏置自旋閥傳感單元，其特征在于:所述第二反鐵磁層的厚度為1-20 A。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的90度自偏置自旋閥傳感單元，其特征在于:所述第一鐵磁層、第二鐵磁層、第三鐵磁層、第四鐵磁層和第五鐵磁層由N1、Fe、Co或Ni/Fe/Co的合金制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的90度自偏置自旋閥傳感單元，其特征在于:所述第一金屬層由Cu制成,所述第一金屬層的厚度為0-10A。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的90度自偏置自旋閥傳感單元，其特征在于:所述第二金屬層、第三金屬層和第四金屬層由Ru或Cu制成。
【文檔編號(hào)】H01L43/08GK103605088SQ201310374350
【公開日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月26日
【發(fā)明者】唐曉莉, 蘇樺, 張懷武, 荊玉蘭, 鐘智勇 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)