热稳定自旋阀磁传感器及其性能优化研究

对一种Ta/NiFeCr/CoFe/Cu/CoFe/MnIr/Ta结构的顶钉扎自旋阀进行了优化。对自旋阀各层材料在整个结构中所起的作用进行了分析,并通过实验,研究自旋阀中每一层的厚度对磁电阻变化率(MR)的影响。最终得到了在80℃下磁电阻变化率高达10.5%的GMR自旋阀。     

磁控溅射法制备IrMn顶钉扎自旋阀研究

通过高真空直流磁控溅射的方法,在玻璃和硅上淀积了结构为Ta/NiFe/CoFe/Cu/CoFe/IrMn/Ta的IrMn顶钉扎自旋阀薄膜。通过结构的改善和工艺条件的优化,自旋阀的磁电阻率达到9.12％,矫顽力为1.04×(10~3/4π)A/m。研究了Ta缓冲层厚度(小于6nm)对晶格结构和自旋阀性能的影响。结果表明,Ta为3nm时自旋阀磁电阻率最大,而矫顽力随着Ta厚度增大而减小。利用CoFe/Cu/CoFe SAF结构替换掉与IrMn相邻的CoFe被钉扎层,使交换偏置场从原来没有SAF的180×(10~3/4π)A/m上升到600×(10~3/4π)A/m左右,且交换偏置场随着SAF结构中两层CoFe的厚度差减小而增大。研究了RIE对自旋阀性能的影响,发现2min的RIE能使矫顽力减小33％,而磁电阻率几乎不受影响。     

RIE对巨磁电阻自旋阀磁性能的影响

对巨磁电阻自旋阀磁场传感器制作中的关键技术之一：自旋阀薄膜的反应离子刻蚀(RIE)工艺,进行了试验研究。自旋阀结构为：Ta(3．5nm)／Cu(0．7nm)／NiFe(4．5nm)／CoFe(1nm)／Cu(3nm)／CoFe(2nm)／Ru(0．7nm)／CoFe(2nm)／MnIr(8nm)／Ta(4nm),刻蚀气体为氢氯碳氟化合物(HCFC：Hydro—chloro—fluoro—carbon),气体流量为10．5seem,RF功率为180W,时间为27min。结果表明：RIE技术可以加工出理想的巨磁电阻自旋阀薄膜图形,且加工过程对自旋阀的磁性能影响不大,这些结果对于巨磁电阻自旋阀型集成磁传感器的批量制作具有积极意义。     

La0.67 Sr0.33 MnO3外延薄膜的电脉冲诱发可逆变阻效应

采用脉冲激光沉积技术在SrTiO3,(001)单晶衬底上制备出钙钛矿结构La0.67 Sr0.33 MnO3,(LSMO)外延薄膜,通过X射线衍射仪和原子力显微镜表征其晶体取向与表面形貌,并对Ag-LSMO结构的室温电脉冲诱发可逆变阻效应进行研究.结果表明,在±4V、50ns对称脉冲作用下,LSMO膜层电阻发生高低转变,且变阻范围随脉冲幅值电压、脉冲宽度、脉冲数日等参数的变化而变化.该效应表现出良好的疲劳特性与非挥发存储特性,有望应用于新型不挥发存储器、传感器、可变电阻等电子元器件的研制.     

具有CoCrPt硬磁偏置的微尺寸巨磁阻传感器

本文介绍了一种基于GMR自旋阀的磁场传感器,它用于读取磁记录信息,并且通过硬磁偏置层解决了小尺寸GMR中存在的巴克豪森噪声问题. 传感器采用顶钉扎的自旋阀结构的GMR,磁电阻经过优化达到13.2%. 自旋阀的自由层被CoCrPt永磁体磁化到和被钉扎层的磁化方向相互垂直,这样可以使磁传感器得到线性的磁场探测性能. 对磁场传感器经过测试发现,硬磁偏置层在磁化后相较于磁化前,磁传感器的MR-H曲线得到明显改善,且矫顽力降低.     

Ag/La0.67Sr0.33MnO3薄膜电阻开关特性的研究

采用脉冲激光沉积技术在SrTiO3(001)单晶衬底上制备出钙钛矿结构La0.67Sr0.33MnO3薄膜,利用X射线衍射仪与原子力显微镜表征其晶体结构与微观形貌,并对Ag/Lao.67Sr0.33MnO3/SrTiO3结构的室温电脉冲诱发可逆变阻效应进行了分析讨论.该效应表现出良好的非挥发多值存储特性,有望应用于新型存储器、传感器、可变电阻等电子元器件的研制.     

钙钛矿结构氧化物电脉冲诱发可逆变阻机理的研究进展

系统论述了钙钛矿结构氧化物电脉冲诱发可逆变阻效应的非挥发存储机理,对三种物理模型：体效应模型、界面效应模型和导电畴隧穿模型进行了详细讨论,并提出了可逆变阻效应的实用化所面临的关键问题及其发展方向。     

用于集成磁传感器的热稳定巨磁电阻自旋阀

研制了一种传统结构的上钉扎巨磁电阻自旋阀,其结构为Ta(6nm)/Ni81Fe19(4.5nm)/Co90Fe10(1nm)/Cu(1.8nm)/Co90Fe10(3.5nm)/Ir20Mn80(11nm)/Ta(3nm).该自旋阀磁电阻变化率大(9.15%),交换场高(约200Oe),矫顽力低(0.85Oe),灵敏度高,且具有良好的热稳定性,加之与IC工艺兼容,因而是一种制作集成磁场传感器的理想结构.     

Ni81Fe19层厚度对自旋阀巨磁电阻性能的影响

利用磁控溅射法,制备了一种上钉扎的标准自旋阀结构Ta(6nm)/Ni81Fe19/Co90Fe10(1nm)/Cu(1.8nm)/Co90Fe10(3.5nm)/Ir20Mn80(8nm)/Ta(6nm),并研究了自旋阀结构中Ni81Fe19层厚度对自旋阀巨磁电阻变化率的影响,发现巨磁电阻变化率对于Ni81Fe19层厚度具有强烈的依赖性.当Ni81Fe19层厚度位于2～6nm和7～12nm两个范围时,巨磁电阻变化率分别维持在较高(约8.34%)和较低(约3.34%)的两个水平,而当Ni81Fe19层厚度从6nm增加到7nm时,巨磁电阻变化率急剧降低,达5%.由此可见,为了得到高磁阻变化率,此类自旋阀结构中的Ni81Fe19层厚度不能超过6nm.     

TiNi形状记忆薄膜的光刻新工艺

TiNi形状记忆薄膜光刻工艺是此类MEMS器件制作的关键技术之一。研究了剥离工艺(lift\|off)用于TiNi薄膜图形化的可行性,并首次利用溅射的金属Pt作掩膜进行TiNi薄膜湿法腐蚀。结果表明溅射的Pt在HF/HNO3/H2O腐蚀TiNi过程中,具有抗腐蚀力强、与TiNi结合致密、不漂起的特点,是TiNi薄膜长时间腐蚀的理想掩膜材料。