磁電阻效應(yīng)傳感器材料結(jié)構(gòu)及性能的研究.pdf

1、從19世紀中期開始，人們就對磁電阻效應(yīng)進行了深入的研究，并且將其廣泛應(yīng)用到各個領(lǐng)域。比如利用巨磁電阻效應(yīng)和隧穿磁電阻效應(yīng)可以制備磁傳感器并且將其應(yīng)用在生產(chǎn)研究的各個領(lǐng)域。磁傳感器的種類很多，比如硬盤磁頭、電流傳感器、位置傳感器、角度傳感器等。雖然現(xiàn)在人們在磁電阻效應(yīng)方面取得了很多驕人的成果，但是仍有很多問題需要解決，比如GIG(nano-granular in gap)傳感器的靈敏度過低，其中顆粒膜體系磁電阻比值較小、穩(wěn)定性較差等；線性

2、磁敏傳感器的線性輸出范圍過窄，靈敏度偏低以及傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計比較復(fù)雜等。這些問題都限制了磁電阻效應(yīng)的實際應(yīng)用，為了解決以上問題，我們研究了GIG傳感器的顆粒膜磁電阻材料，分析了磁性金屬／半導(dǎo)體顆粒膜的室溫磁電阻效應(yīng)，以便更好地理解顆粒膜磁電阻效應(yīng)的物理機制并獲得穩(wěn)定的高室溫磁電阻值；設(shè)計并制備了垂直取向的硬磁材料和面內(nèi)取向的軟磁層分別作為上下鐵磁層的磁性隧道結(jié)線性傳感器單元，即以L10-CoPt和Co分別作為上下鐵磁層，MgO或ZnO為中

3、間勢壘層，研究了該三明治結(jié)構(gòu)的制備方法、結(jié)構(gòu)以及磁學(xué)性質(zhì)等。
　　因此，本論文主要研究磁電阻效應(yīng)傳感器材料的設(shè)計、結(jié)構(gòu)以及性能等，在第一部分主要研究了 GI G傳感器核心部分的性質(zhì)，即磁性金屬／半導(dǎo)體顆粒膜磁電阻效應(yīng)及其與電阻的依賴關(guān)系，我們采用磁控濺射的方法在玻璃基片上制備了[Co(0.6nm)/ZnO(x)]60(x=0.3～2.5nm)薄膜體系。實驗中固定 Co層厚度，在不同濺射氣壓沉積不同厚度的ZnO，制備出大量室溫磁電阻

4、比值高于8％的薄膜樣品，發(fā)現(xiàn)薄膜的室溫磁電阻率與薄膜的電阻率(ρ)具有明顯的相關(guān)性，當0.08Ω·c m<ρ<0.5Ω·c m，室溫磁電阻值較大，薄膜的電阻率過大或偏小時，磁電阻效應(yīng)明顯減弱，可以通過調(diào)節(jié)薄膜的電阻率制備高室溫磁電阻率的薄膜。磁電阻效應(yīng)源于電子在磁性金屬納米顆粒間通過半導(dǎo)體勢壘層的隧穿輸運，而電子在半導(dǎo)體中自旋無關(guān)的高階跳躍以及磁性顆粒間的類金屬連接都會減弱薄膜的磁電阻效應(yīng)，并由此把磁電阻值進行了分區(qū)（隧穿區(qū)tunne

5、ling,跳躍區(qū)hopp ing,金屬區(qū)meta llic）。在第二部分我們研究了磁性隧道結(jié)線性磁電阻效應(yīng)傳感器，首先利用磁控濺射方法沉積了一系列 Ag/CoPt薄膜，研究了基片，Ag底層厚度、CoPt厚度以及退火條件對CoPt薄膜結(jié)構(gòu)和磁性能的影響。通過優(yōu)化實驗條件，制備出了理想的垂直取向的Ag(50nm)/CoPt(20nm)薄膜，在450oC高真空條件下退火得到具有大矯頑力，好矩形比且表面光滑的（001）取向 L10-CoPt相薄

6、膜，其矯頑力和矩形比分別達到15000Oe和1，然后通過分步沉積的方法制備出以 L10-CoPt和 Co分別作為上下鐵磁層， MgO或 ZnO為中間勢壘層的Ag/CoPt/MgO(ZnO)/Co隧道結(jié)，磁滯回線具有明顯的臺階變化，這說明 L10-CoPt基隧道結(jié)的制備過程中分步沉積法可以有效避免層間擴散，形成理想的層間界面結(jié)構(gòu)。
　　總之，我們研究了磁性金屬/半導(dǎo)體顆粒膜的磁電阻效應(yīng)及磁電阻值與電阻率的依賴關(guān)系，設(shè)計和制備了L10