基于巨磁电阻效应的线性可调传感器研究

摘要

随着物联网技术的高速发展，对磁传感器的需求与日俱增，其中高灵敏度磁阻传感器具有探测灵敏度高、体积小、重量轻、易于集成等优势，在弱磁信号探测中具有其他类传感器不可替代的优势。因此，本文以具有高灵敏度的自旋阀型磁传感器为研究核心，在传统自旋阀型传感器薄膜单元基础上重点开展了正交双钉扎自旋阀传感器研究。利用双钉扎自旋阀结构的线性可调特性，通过微加工技术，制备出了线性区域可调的自旋阀线性传感器。
　　本文针对传统双钉扎自旋阀薄膜实现交换偏置场正交需对薄膜进行两次退火，采用原位旋转制备磁场沉积薄膜的方法，简化了制备难度，提高了器件稳定性。在研究中首先开展了顶钉扎和底钉扎结构薄膜性能研究，发现溅射气体流量和CoFe厚度可以改变交换偏置效应，制备出了交换偏置场高达250 Oe的顶钉扎结构薄膜和交换偏置场高达180 Oe的底钉扎薄膜。在此基础上，利用磁场旋转夹具，研究了溅射气体流量、溅射功率、CoFe厚度和 IrMn厚度对钉扎结构薄膜的交换偏置场和矫顽力的影响。同时研究了自由层和被钉扎层 CoFe厚度、IrMn厚度、Cu层的溅射功率及厚度对传统自旋阀薄膜磁阻曲线的影响，制备出了高磁阻，低矫顽力、高交换偏置场的传统自旋阀薄膜。基于对传统自旋阀的研究，双钉扎自旋阀薄膜参考层的CoFe厚度、溅射气体流量和溅射功率会对参考层的交换偏置场产生影响，通过这三个因素共同调节，实现了双钉扎自旋阀薄膜的灵敏度在0.07％/Oe和0.3%/Oe之间的调节。且在此范围内，交换偏置场达到200 Oe，线性区间的最大值达到80 Oe，最小也优于50 Oe。
　　最后，基于研制的双钉扎自旋阀薄膜，利用微细加工技术，制备出了基于四端惠斯通电桥的磁阻传感器，其线性区间为40 Oe，灵敏度达到0.61mV/V/Oe，偏置点降低至40 Oe，线性拟合度达到98.35%。

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第一章 绪 论

1. 1 磁电子学简介

1. 2 磁电阻效应综述

1. 3 自旋阀结构

1. 4 巨磁电阻效应的应用

1.5 GMR传感器的研究进展与应用前景

1. 6 论文的主要内容

第二章 薄膜的制备和测试方法

2. 1 自旋阀薄膜的制备

2. 2 磁场旋转夹具的制作

2. 3 测试方法

2. 4 本章小结

第三章 双钉扎自旋阀薄膜的研究

3. 1 双钉扎自旋阀结构

3. 2 顶钉扎结构交换偏置效应研究

3. 3 底钉扎结构交换偏置效应研究

3. 4 基于磁场旋转夹具的自旋阀结构研究

3. 5 双钉扎结构自旋阀的线性区域调制

3. 6 双钉扎自旋阀线性优化

3. 7 本章小结

第四章 巨磁阻传感器的制作和测试研究

4. 1 自旋阀薄膜磁阻单桥传感器

4. 2 自旋阀线性传感器的研究

4. 3 本章小结

第五章 结 论

5. 1 论文工作所取得的成果

5. 2 论文的创新和展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间取得的研究成果