[发明专利]一种纳米自旋阀阵列的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米自旋阀阵列的制备方法。

背景技术

巨磁电阻（GMR）效应在国际上受到广泛持久的重视，这和它的重要应用前景是分不开的。尽管自旋阀的磁电阻变化率比较小，但它仍以低饱和场、高磁场灵敏度以及磁矩的一致转动等优点，率先进入了实用化阶段。在短短的几年中，就开发出一系列高灵敏度的GMR器件。 GMR效应最引人注目的应用就是制造计算机硬盘读出磁头，它使商品化计算机硬盘已经实现高于30GB/in²的记录密度，超过磁光记录，是计算机电子工业的重大突破，这种技术已逐步成为微型化、超高密度磁记录优质磁头发展的主流。采用自旋阀结构的传感器具有低磁场下灵敏度高、温度系数小、稳定性好的的特点。在检测电流、位置、位移、旋转角度等方面获得了广泛的应用。运用自旋阀 GMR元件的磁传感器，检测灵敏度比使用磁电阻（MR）元件的器件高一至数个量级，更容易集成化，封装尺寸更小，可靠性更高。它不仅可以取代以前的MR传感器，还可以制成传感器阵列，实现智能化，用来表述通行车辆，飞机机翼、建筑防护装置或管道系统中隐蔽缺陷的特征，跟踪地磁场的异常现象等。还有人提出可以作为抗体和生物标本检验的传感元件，应用范围较之MR传感器显著扩大。自旋阀 GMR 元件的阵列传感器还可以更广泛地应用于家电、汽车工业和自动控制技术中，如应用于汽车无人驾驶、收费、伪钞识别器和卫星定位系统中。随着电子学的飞速发展，电子元件的微型化和高密度集成化程度越来越高。每个结构单元的尺寸越来越小。

近年来，一些科研工作者应用电子束或离子束刻蚀技术制备了横向尺寸在亚微米量级的自旋阀阵列。 这种制备方法存在以下缺点：1 在刻蚀过程中会产生很高的温度，引起自旋阀各层之间不同金属的扩散，自旋阀各层厚度很薄，一般在几个到十几个纳米之间，这种扩散对对自旋阀的性能带来很大损害。刻蚀尺寸越小，温度会越高，这种损害更大，甚至使其丧失自旋阀的性能。而且这种方法不能制备更小，横向尺寸在纳米量级的自旋阀阵列。2 所用设备昂贵，要求条件苛刻，局限性大，高真空，超洁净，刻蚀速度慢，成本高，不适合规模生产。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术缺陷，本发明之目的就是提供一种纳米自旋阀阵列的制备方法，可有效解决刻蚀中温度高，使用范围窄，设备昂贵，局限性大，刻蚀速度慢，成本高及不能规模生产的问题。

本发明解决的技术方案是，包括如下步骤：

一、选取多孔阳极氧化铝（AAM或AAO）模板，孔洞两端是相通的，孔径30-100nm, 孔间距90～120nm, 面密度10¹¹/cm²，（现有产品，如合肥普元纳米科技有限公司提供的AAM模板或AAO模板），这种模板制备容易，价格也比较低廉；

二、多孔阳极氧化铝模板的预处理：

（1）在多孔阳极氧化铝模板的一个表面（即孔洞的一端）溅射Au（金）和Ta（钽）膜，作为电化学沉积（电化学沉积又称电沉积）时的工作电极(阴极)，方法是，把多孔阳极氧化铝模板置于磁控溅射中，在多孔阳极氧化铝模板一个表面溅射上一层厚度为400～800nm的Au膜，然后在Au膜上再溅射10～20 nm 厚的Ta膜，作为电化学沉积时的工作电极（阴极），以及后续电沉积反铁磁层（即反铁磁钉扎层）和铁磁层（即铁磁被钉扎层和铁磁自由层）的种子层，以便使反铁磁材料FeMn（铁锰）合金在面心立方（111）晶面择优生长，从而使反铁磁材料的钉扎作用更强；

（2）把上述溅射Au膜和Ta膜的多孔阳极氧化铝模板依次放在丙酮、无水乙醇、去离子水中各浸泡10分钟，超声波清洗5分钟，是清洗和排出孔道内的气泡；所述的丙酮为分析纯；