可拉伸巨磁電阻磁場傳感器的制備及其性能研究.pdf

1、相比于傳統(tǒng)的硅基構(gòu)件來說，柔性電子器件具有可拉伸、共形成型、彈性形變、輕便、不易破碎、加工效率高，成本低等諸多優(yōu)點，已被廣泛應用于彎曲顯示屏、柔性電池、生物傳感器和電子皮膚等各種領域。其中以磁性金屬薄膜為基礎的柔性磁電子器件與柔性自旋電子器件，因其可采用成熟的低溫濺射鍍膜工藝，且擁有優(yōu)良的金屬延展性以及靈敏可靠的對磁、電、熱、應力等的多場響應的特點，在柔性電子領域內(nèi)，具有重要的科研價值和廣闊的應用前景。柔性磁電子薄膜的一個極其重要的應用

2、是基于柔性磁性金屬多層膜的磁場傳感器，可以廣泛應用于可穿戴的跟蹤定位系統(tǒng)、電磁污染檢測防護裝置以及可植入式醫(yī)療設備等，是柔性可穿戴設備必不可少的重要組成部分。本論文針對基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)超彈性有機襯底制備的可拉伸巨磁電阻磁場傳感器展開研究。
　　利用直流磁控濺射系統(tǒng)，在硅襯底上對自旋閥的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。在對自旋閥結(jié)構(gòu)優(yōu)化之前，要對所用鐵磁材料的工藝進行優(yōu)化，以獲得矯頑力較小，方形度好的鐵磁金屬薄膜，然后在FeCo/Cu/

3、FeCo單自旋閥的基礎上，獲得了比較合適的非磁性金屬層Cu的工藝參數(shù)，進而在單自由層的自旋閥結(jié)構(gòu)中引入矯頑力較小的FeNi磁性薄膜，以降低自旋閥自由層的矯頑力，進而提高磁場傳感器對外磁場反應的敏銳性。通過對自旋閥各層薄膜厚度的優(yōu)化，最終獲得的自旋閥結(jié)構(gòu)，具有高的磁電阻率、高的磁場靈敏度、較低的自由層矯頑力，較低的飽和場。
　　在柔性襯底上制備自旋閥結(jié)構(gòu)，并對其進行應力調(diào)控研究。將獲得的具有優(yōu)異綜合性能的自旋閥結(jié)構(gòu)生長在柔性襯底上，

4、使用條形掩膜板和曲形掩膜板來減少薄膜裂紋的產(chǎn)生，通過預應變的方法，獲得具有自組裝周期性褶皺結(jié)構(gòu)的柔性自旋閥器件，將應力集中釋放在襯底上，這樣就有效地避免了應力各向異性導致的不利影響，從而獲得了磁場靈敏度在較大拉伸形變下能夠保持穩(wěn)定的自旋閥磁場傳感器。制備的可拉伸自旋閥巨磁電阻磁場傳感器的拉伸范圍達50％，且具有很好的穩(wěn)定性，疲勞測試說明器件具有很好的抗疲勞特性。利用曲形掩膜板和預拉伸制備的自旋閥器件，由于在釋放過程中應力的產(chǎn)生，導致金屬