[发明专利]各向异性可调制的磁性薄膜结构、磁敏传感器及制备方法

权利要求书

1.一种磁各向异性在三维空间可调制的GMR或TMR磁性纳米多层薄膜结构，依次包括：基片和其上的缓冲层，参考磁性层、中间层、探测磁性层和覆盖层；其特征在于，所述参考磁性层利用了铁磁层/非磁层界面诱导的垂直各向异性，通过调节参考磁性层中铁磁层厚度使得其易磁化方向为面内，设为XY方向，或垂直膜面，设为Z方向。

2.根据权利要求1所述的磁性纳米多层薄膜结构，其特征在于，当易磁化方向在面内时采用钉扎结构及诱导磁场生长的方式调制易磁化轴在面内的取向。

3.根据权利要求1所述的磁性纳米多层薄膜结构，其特征在于，所述参考磁性层矫顽力Hc₁大于探测磁性层矫顽力Hc₂。

4.根据权利要求1所述的磁性纳米多层薄膜结构，其特征在于，所述中间层是非磁性金属层或绝缘势垒层，其中，对应GMR磁性纳米多层薄膜结构，所述中间层为非磁性金属层，对应TMR磁性纳米多层薄膜结构，所述中间层为绝缘势垒层。

5.根据权利要求1所述的磁性纳米多层薄膜结构，其特征在于，所述参考磁性层和探测磁性层可以由单一铁磁层构成，也可以由是铁磁层、反铁磁层和非磁金属层构成的直接或间接钉扎结构；所述直接钉扎是指反铁磁材料层直接和铁磁性层接触FM/AFM，所述的间接钉扎是指在反铁磁材料层和铁磁性层之间插一层很薄的非磁性金属层FM/NM/AFM或者插入复合层FM1/NM/FM11/AFM。

6.根据权利要求1所述磁性纳米多层薄膜结构，其特征在于，所述铁磁层的材料选自Co、Fe、Ni或者铁磁性金属合金材料，或者半金属材料，按所需磁各向异性不同厚度在0.2～10nm变化。

7.根据权利要求6所述磁性纳米多层薄膜结构，其特征在于，所述铁磁性金属合金薄膜选自CoFe、CoFeB、NiFeCr或NiFe，所述半金属材料选自CoFeAl、CoMnAl、CoMnGe或CoMnGa。

8.根据权利要求1所述磁性纳米多层薄膜结构，其特征在于，所述反铁磁性材料选自PtMn、IrMn、FeMn、NiMn，或者选自具有反铁磁性的氧化物，所述具有反铁磁性的氧化物选自CoO或NiO，所述PtMn、IrMn、FeMn及NiMn的厚度为3～30nm，所述具有反铁磁性的氧化物的厚度为5～50nm。

9.根据权利要求1所述磁性纳米多层薄膜结构，其特征在于，所述非磁性金属层选自Cu、Cr、V、Nb、Mo、Ru、Pd、Ta、W、Pt、Ag、Au或其合金，厚度为0.2～10nm。

10.根据权利要求1所述磁性纳米多层薄膜结构，其特征在于，当所述中间层为势垒时，选自AlO_x、MgO、Mg_1-xZn_xO、MgxAl_2/3(1-x)O、AlN、Ta₂O₅、ZnO、HfO₂、TiO₂无机氧化物，厚度为0.5～5nm，其中，对于AlO_x，0＜x＜3/2，对于Mg_1-xZn_xO及Mg_xAl_2/3(1-x)O，0＜x＜1；所述当中间层为非磁金属时，选自Cu、Cr、V、Nb、Mo、Ru、Pd、Ta、W、Pt、Ag、Au金属材料，厚度为0.2～10nm。

11.根据权利要求1所述磁性纳米多层薄膜结构，其特征在于，所述缓冲层为电阻较大且与衬底紧密接触的金属材料，所述的缓冲层厚度为3～30nm。

12.根据权利要求11所述磁性纳米多层薄膜结构，其特征在于，所述缓冲层选自Ta、Ru、Cr、Pt，或者上述金属的多层膜结构。

13.根据权利要求1所述磁性纳米多层薄膜结构，其特征在于，所述覆盖层为不易被氧化和腐蚀且导电性较好的金属层，用于保护结构不被氧化和腐蚀，所述覆盖层的结构为Ta、Cu、Al、Ru、Au、Ag、Pt的单层的金属层，或者为上述金属的多层薄膜，所述覆盖层的厚度为2～100nm。