[发明专利]一种金属多层膜霍尔器件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属霍尔器件，具体地说是涉及一种具有超高灵敏度的金属多层膜霍尔器件，及其制备方法。

背景技术

基于霍尔效应的霍尔器件具有线性特性好，灵敏度高，稳定性好，控制简单、方便等特点。目前，半导体霍尔器件已经广泛用于传感器和磁存储系统中，用来对磁场、电流、位移等进行检测。但是半导体的高电阻率、低工作频率以及复杂的制备工艺都将阻碍其进一步发展。金属器件能很好的克服这些问题，只是由于金属的载流子浓度很高，所以正常霍尔效应非常微弱。起源于自旋-轨道相互作用的铁磁性金属的反常霍尔效应往往比正常霍尔效应大几个数量级，但是，一般铁磁性金属的反常霍尔效应与半导体的相比仍有较大的差距，因此，增强铁磁金属的反常霍尔效应成为了急待解决的问题。

为了增强反常霍尔效应，在早期人们选用稀土元素与铁磁金属形成合金，虽然利用了稀土的强的自旋-轨道相互作用取得了一定的效果，但是由于稀土的磁转变温度低，且容易腐蚀的缺点而逐渐被淘汰。另外，采用颗粒膜结构，将铁磁颗粒埋于氧化物绝缘体中也能获得极高的反常霍尔效应，只是这种颗粒膜结构具有极高的电阻率，这也将阻碍其进一步发展。最近研究的Pt基铁磁金属合金取得了比较好的结果，尤其是FePt合金，例如对于3nm的Fe₃₅Pt₆₅，在110K，霍尔斜率可达到76.8μΩcm/T，对应霍尔器件的灵敏度可达到250V/AT(文献Appl.Phys.Lett.85，73(2004))，但是，这与目前半导体霍尔器件的1000V/AT的灵敏度比起来还有一段差距(文献IEEE Trans.Electron Devices 43，1665(1996))。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的种种不足，在解决半导体霍尔器件中半导体的高电阻率、低工作频率以及复杂的制备工艺的问题的同时，提供一种可与半导体霍尔器件相比拟的高灵敏度的金属多层膜霍尔器件。

本发明的另一目的在于提供一种工艺简单、非常适合实际操作、且重复稳定的制备上述金属多层膜霍尔器件的方法。

本发明的目的是通过如下的技术方案实现的：

本发明提供的金属多层膜霍尔器件，如图1所示，包括：一硅基片层1，和在其上交替周期性生长的磁性金属层2和Pt层3，周期数视需要而定；

所述的磁性金属层用于产生反常霍尔效应，该层的材料为Fe、Co或/和Co_100-xFe_x合金(原子比范围：0＜x＜100)；

所述的Pt层用于提供强自旋-轨道相互作用以及保护多层膜防止被氧化。

当所述磁性金属层全部为Fe时，基片层上交替周期性生长的磁性金属层和Pt层的结构表示为[Fe(t_Fenm)/Pt(t_Ptnm)]_m，其中Fe层的厚度t_Fe为0.2-0.6nm，Pt层的厚度t_Pt为0.4-1.8nm，生长周期数m为2-24；优选地，Fe层的厚度t_Fe为0.4nm，Pt层的厚度t_Pt为1.2nm，生长周期数m为12，即[Fe(0.4nm)/Pt(1.2nm)]₁₂。

当所述磁性金属层全部为Co时，基片层上交替周期性生长的磁性金属层和Pt层的结构表示为[Co(t_Conm)/Pt(t_Ptnm)]₁，其中Co层的厚度t_Co为0.2-0.5nm，Pt层的厚度t_Pt为0.6-2nm，生长周期数i为2-4。

当所述磁性金属层全部为CoFe时，基片层上交替周期性生长的磁性金属层和Pt层的结构表示为[CoFe(t_CoFenm)/Pt(t_Ptnm)]_n，其中CoFe层的厚度t_CoFe为0.2-0.5nm，Pt层的厚度t_Pt为0.6-2nm，生长周期数n为2-4；优选地，所述磁性金属层为Co₉₀Fe₁₀，其厚度t_CoFe为0.28nm，Pt层的厚度t_Pt为1.2nm，生长周期数n为3，即[Co₉₀Fe₁₀(0.28nm)/Pt(1.2nm)]₃。