[发明专利]磁性薄膜结构及其制造、使用方法和磁敏传感单元、阵列

权利要求书

1.一种纳米磁性薄膜结构，依次包括：第一磁性层、第一绝缘层、第二磁性层、第二绝缘层和第三磁性层；

其特征在于，所述第一磁性层和第三磁性层具有自发面内磁各向异性，同时所述第一磁性层和所述第三磁性层的易磁化方向相互正交；

所述第二磁性层具有自发垂直磁各向异性，同时，所述第二磁性层可根据施加于其上的电压的变化实现易磁化方向在垂直膜面和膜面内的转变；

所述第一磁性层具有面内磁化矫顽力Hc1^∥，第二磁性层具有垂直磁化矫顽力Hc2^⊥；第三磁性层具有面内磁化矫顽力Hc3^∥；所述第二磁性层易磁化方向转为面内时具有面内磁化矫顽力Hc2^∥；其满足关系：Hc1^∥>Hc2^⊥>Hc3^∥>Hc2^∥。

2.根据权利要求1所述的纳米磁性薄膜结构，其特征在于，当第二磁性层易磁化方向在电压调控下处于面内时，其面内易磁化轴由薄膜的形状各向异性控制。

3.根据权利要求2所述的纳米磁性薄膜结构，其特征在于，所述第二磁性层俯视截面长轴与短轴比值r>1；所述长轴的方向与所述第一磁性层的易磁化方向相同。

4.根据权利要求1所述的纳米磁性薄膜结构，其特征在于，所述第一磁性层和所述第三磁性层为直接钉扎结构或间接钉扎结构，所述第一磁性层和第三磁性层的面内易磁化方向为生长时施加诱导磁场和/或生长完毕后在诱导磁场下退火的方式控制实现。

5.根据权利要求1所述的纳米磁性薄膜结构，其特征在于，所述第一磁性层、第三磁性层为单一铁磁层构成，或，

所述第一磁性层、第三磁性层为铁磁层、反铁磁层和非磁层构成的直接钉扎结构、间接钉扎结构或人工反铁磁复合结构；

所述直接钉扎是指反铁磁层直接和铁磁层接触FM/AFM；所述的间接钉扎是指在反铁磁层和铁磁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FM/NM/FM/AFM；所述的人工反铁磁复合结构是指FM/NM/FM。

6.根据权利要求5所述的纳米磁性薄膜结构，其特征在于，所述反铁磁材料为PtMn、IrMn、FeMn、NiMn、或者具有反铁磁性的氧化物；所述具有反铁磁性氧化物为CoO、NiO、Cr₂O₃、BiFeO₃或者BiFe_xCo_1-xO₃；

所述反铁磁材料的厚度为3～30nm；

所述具有反铁磁性的氧化物的厚度为2～50nm。

7.根据权利要求5所述的纳米磁性薄膜结构，其特征在于，所述非磁金属为Cu、Cr、V、Nb、Mo、Ru、Pd、Ta、W、Pt、Ag、Au或其合金，厚度为0.2～10nm。

8.根据权利要求1所述的纳米磁性薄膜结构，其特征在于，所述第一磁性层、第二磁性层及第三磁性层根据其磁各向异性需求厚度为0.2～20nm。

9.根据权利要求1所述的纳米磁性薄膜结构，其特征在于，所述第一磁性层、第二磁性层及第三磁性层的材料为Co、Fe、Ni或者铁磁性金属合金材料，或者半金属材料。

10.根据权利要求9所述的纳米磁性薄膜结构，其特征在于，铁磁性金属合金为CoFe、NiFe、CoFeB、CoFeBSi、NiFeCr或NiFeCrSi；

所述半金属材料为CoFeAl、CoMnAl、CoMnGe或CoMnGa。

11.根据权利要求1所述的纳米磁性薄膜结构，其特征在于，所述第一绝缘层和第二绝缘层，为单一的无机绝缘材料或有机绝缘材料构成；或，

所述第一绝缘层和第二绝缘层为无机绝缘材料和有机绝缘材料构成的多层或颗粒复合薄膜结构；

所述复合多层薄膜结构是指[Ii/Io]_n/Ii（1≦n≦10）；所述复合颗粒薄膜结构是指无机氧化物纳米颗粒均匀分散于有机基质或有机绝缘材料颗粒均匀分散于无机基质中形成的复合颗粒薄膜。