[发明专利]一种提高坡莫合金薄膜磁电阻变化率的方法

说明书

技术领域：

本发明涉及功能材料薄膜的制备方法，特别是涉及各向异性磁电阻薄膜的改性。

技术背景：

各向异性磁电阻坡莫合金薄膜通常用来制造计算机磁盘的读出头和磁场传感器等应用器件，广泛应用于加工行业、数控机床、汽车控制、交通管理、家电、民用电表、军用导航等领域。各向异性磁电阻坡莫合金薄膜通常选用Ta作为Ni₈₁Fe₁₉薄膜的种子层，由于其结构简单、制作相对容易、价廉、稳定性好，在体积、质量及成本上有很大优势。因此，国际上仍在不断地挖掘AMR薄膜的潜力，提高其磁场灵敏度、降低噪音等，以扩大其应用领域。文献W.Y.Lee，M.F.Toney，D.Mauri，IEEE TRANSACTIONS ONMAGNETICS，36(2000)中提出使用NiFeCr代替Ta种子层可以提高坡莫合金薄膜的各向异性磁电阻；文献H.Funaki，S.Okamoto，O.Kitakami，J.Appl.Phys.，33，1304(1994)中提出利用退火等方法也可以提高坡莫合金薄膜的各向异性磁电阻。然而，这些方法在提高各向异性磁电阻变化率的同时，也带来了新的问题。退火虽然可以提高坡莫合金薄膜的各向异性磁电阻，但是退火的同时也促进了Ta和NiFe层之间的扩散，增加了磁死层的厚度，对坡莫合金薄膜的磁性能会产生不利影响，不利于在高温环境下使用；而用NiFeCr代替Ta种子层，虽然避免了Ta和NiFe层之间的扩散，但是NiFeCr种子层是通过NiFe和Cr靶共溅射形成，成分难以控制，增加了薄膜的制备难度。

发明内容：

本发明提出将CoFe纳米氧化层插入Ta/NiFe和NiFe/Ta界面，并将样品在真空中退火，不仅可以阻止Ta的扩散，提高坡莫合金薄膜的各向异性磁电阻变化率，同时，薄膜的制备工艺也容易控制。

本发明提出的提高坡莫合金薄膜磁电阻变化率的方法，具体步骤如下：采用磁控溅射方法，溅射室本底真空度为1×10^-5×10^-5Pa，溅射时氩气(纯度为99.99％)气压为0.2-0.4Pa；平行于基片方向加有150-250 Oe的磁场，在清洗干净的玻璃基片或单晶硅基片上依次沉积钽Ta、镍铁NiFe、钽Ta，并将样品在真空退火炉中进行退火，然后将CoFe纳米氧化层插入Ta/NiFe和NiFe/Ta界面，沉积的顺序依次是20-60钽Ta、10-50钴铁CoFe纳米氧化层(NOL)、100-300镍铁Ni81Fe19、10-50钴铁CoFe纳米氧化层(NOL)和20-60钽Ta，退火温度为150-400℃，保温时间为60-180分钟。另外，上述的钴铁CoFe纳米氧化层的制备方法是：沉积一层10-50CoFe层后，停止溅射，随后通入纯度为99.99％的氧气，使CoFe在氧气中氧化从而形成CoFe纳米氧化层。其中氧气气压为0.1-0.3Pa，氧化时间为10-50分钟。

本发明由于使用钴铁CoFe纳米氧化层插入坡莫合金各向异性磁电阻薄膜中，并将样品在真空中退火，插入的CoFe纳米氧化层阻止了Ta和NiFe间的反应，抑制了Ta与NiFe之间的扩散，另外，由于CoFe纳米氧化层插层的“镜面反射”作用，合适厚度的CoFe纳米氧化层插层可以提高薄膜的磁电阻变化率。因此该发明对磁传感器器件性能的提高有重大的潜在应用价值。

附图说明：

图1中曲线(a)是Ta(20)/NOL(10)/NiFe(100)/NOL(10)/Ta(20)薄膜的磁电阻变化率随退火温度的变化关系，曲线(b)是Ta(50)/NOL(20)/NiFe(200)/NOL(20)/Ta(30)薄膜的磁电阻变化率随退火温度的变化关系，曲线(c)是Ta(60)/NOL(50)/NiFe(300)/NOL(50)/Ta(60)薄膜的磁电阻变化率随退火温度的变化关系，(a1)点是Ta(20)/NiFe(100)//Ta(20)薄膜在常温下的磁电阻变化率，(b1)点是Ta(50)/NiFe(200)/Ta(30)薄膜在常温下的磁电阻变化率，(c1)点是Ta(60)/NiFe(300)//Ta(60)薄膜在常温下的磁电阻变化率。

具体实施方式：