CoFe/NiFe复合自由层对自旋阀磁电阻变化率的影响

研究CoFe/NiFe复合自由层对自旋阀磁电阻变化率的影响。在实验中通过固定溅射功率、时间和气流,调节靶基距(TSD)得到不同厚度及均匀性的复合自由层CoFe/NiFe薄膜,进而达到优化自旋阀结构提高其磁电阻率的目的。实验结果表明:在TSD分别为8.382 cm、8.890 cm时,制备的CoFe和NiFe单层膜性能最优,电阻标准偏差分别为1.33%、0.98%。通过磁性能综合测试平台对优化后的CoFe/NiFe复合自由层的自旋阀结构进行了测试,磁电阻变化率(MR)较优化前提高了约0.84%。该研究可为高性能自旋阀结构的制备提供参考。

基于自旋阀结构的磁传感器的研究

自旋阀结构的发现为磁电子学以及磁传感器的研究揭开了新的一页。基于自旋阀结构的磁传感器由于具有灵敏度高、功耗小、高集成度等优点,因此在传感器工业中具有广泛的应用前景。本文介绍了基于自旋阀结构的磁传感器的研究方法。首先介绍了自旋阀结构及其特性,然后介绍了基于自旋阀结构的磁性薄膜的制备方法和结构优化,其次介绍了基于自旋阀薄膜的磁传感器芯片的制造工艺,最后介绍了基于惠斯通电桥结构的自旋阀磁传感器芯片。

NiFe/Co/Cu/Co结构自旋阀GMR效应及Co夹层的影响研究

用射频磁控溅射发射法成功制备ＮｉＦｅ／Ｃｕ／Ｃｏ自旋阀多层膜材料，改变Ｃｕ层的厚度，研究材料的ＧＭＲ效应与Ｃｕ层厚度的关系，结果表明Ｃｕ为２．５ｎｍ时样品的ＭＲ值最大，其磁电阻效应ＭＲ可达１．６％。在ＮｉＦｅ和Ｃｕ之间插入一Ｃｏ薄夹层，通过对不同厚度Ｃｏ夹层的样品的ＭＲ曲线及磁滞回线的研究，讨论了Ｃｏ夹层对样品磁电阻的影响并分析了原因。结果表明插入适当的Ｃｏ层将提高材料的磁电阻效应，可达２．５％。

低矫顽力GMR磁传感器的自旋阀结构研究

采用高真空直流磁控溅射的方法,在玻璃衬底上制备了结构为Ta/freelayer/Cu/CoFe/IrMn/Ta的IrMn顶钉扎自旋阀.研究了NiFe/CoFe和NiFeCr/CoFe分别作为复合自由层时,自旋阀的矫顽力特性.为了降低自旋阀的矫顽力,并保持高的磁电阻率(MR),采用NiFeCr/NiFe/CoFe作为自旋阀的复合自由层,得到的自旋阀的MR为10.08%,矫顽力为4.87×(103/4π)A/m.利用弱磁场下的横向退火工艺,此结构自旋阀的矫顽力可降至0.01×(103/4π)A/m以下.通过实施以上的优化方案,可以研制出高磁电阻率和低矫顽力的GMR传感器.

基于自旋阀材料的可编程灵敏度磁敏传感器

基于自旋阀材料的磁敏传感器,以其小尺寸、高灵敏度、低功耗的优势,在工业控制、汽车电子等领域中应用日益广泛。然而,单一灵敏度的传感器在实际应用中受到诸多限制。本文提出了一种基于自旋阀材料的可编程灵敏度磁敏传感器,不仅对各类应用具有更强的适应能力,而且能够与嵌入式系统配合而实现"智能化"传感与控制系统。该传感器中,封装集成了东方微磁科技有限公司生产的VA100F2自旋阀传感器芯片以及针对该传感器的信号特点专门设计的一款可编程仪表放大器芯片。测试表明,本文所提出的传感器可以有效的实现近似1~8倍原始灵敏度的可编程调节。

自旋阀多层膜的电化学制备及其巨磁电阻效应

采用双槽控电位电沉积法在n-Si(111)基体上以NiFe薄膜为缓冲层制备了[Ni_(80)Fe_(20)/Cu/Co/Cu]_n自旋阀多层膜,并确定了电沉积的工艺条件.利用X射线衍射(XRD)表征了自旋阀多层膜的超晶格结构,研究了NiFe缓冲层对自旋阀生长取向的影响.采用四探针法研究了各子层厚度对自旋阀巨磁电阻效应的影响,通过振动样品磁强计(VSM)测试了自旋阀的磁滞回线.自旋阀的巨磁电阻(GMR)值最初随着铜层厚度的变化发生周期性振荡,Cu层厚度为3.6nm时,GMR达到最大值,随后逐渐减小.随着Co层和NiFe层厚度的增大,GMR值的变化趋势均为先增大后减小.当自旋阀的结构为NiFe(25nm)/[Cu(3.6nm)/Co(1.2nm)/Cu(3.6nm)/NiFe(2.8nm)]_30时,GMR值可达5.4%,对应的磁电阻灵敏度(SV)为0.2%·Oe^(-1),饱和磁场仅为350Oe.

CoFe/Cu/CoFe/IrMn自旋阀结构多层膜磁化反转过程的研究

通过高真空直流磁控溅射的方法制备了结构为//Ta(5nm)/Co75Fe25(5nm)/Cu(2.5nm)/Co75Fe25(5nm)/Ir20Mn80(12nm)/Ta(8nm)的顶钉扎自旋阀结构多层膜,研究了磁场循环次数、反向饱和场等待时间和磁场变化率对自旋阀结构多层膜磁化反转过程的影响。结果表明,磁场循环次数和反向饱和场等待时间对自由层的磁化反转过程没有影响,而在被钉扎层中出现了练习效应和时间效应;磁场变化率对被钉扎层和自由层的前、后支反转场的影响变化趋势相似,但反铁磁层对被钉扎层的反转有一定的影响。

NiFe/CoFe复合自由层自旋阀巨磁电阻效应研究

采用高真空磁控溅射技术制备出无缓冲层NiFe/CoFe/Cu/CoFe/IrMn/Cu结构的自旋阀磁电阻薄膜。采用标准四探针法对自旋阀磁电阻比进行了测试,并利用振动样品磁强计(VSM)测量了样品的磁滞回线。结果表明:采用复合自由层NiFe/CoFe结构有效地提高了巨磁电阻比,相对于单一自由层结构自旋阀,巨磁电阻(GMR)从2.48%提高到3.3%。复合自由层NiFe/CoFe的引入明显降低了自旋阀体系的矫顽力。

基于自旋阀GMR传感器的金属磁记忆检测

针对铁磁性构件疲劳损伤部位产生的磁记忆信号,设计出一种基于自旋阀巨磁阻抗效应传感器的金属磁记忆检测装置。该装置采用基于自旋阀巨磁阻抗效应的传感器构成检测探头,以TI公司的DSP2407芯片为处理器核心。检测探头获取的磁记忆信号经过放大、调理和数模转换电路之后,由处理器对获取的信号进行背景去噪和自适应滤波,并通过串行口与计算机进行通信。对预制暗伤的510L板材试样进行检测与验证,结果表明,该装置能够精确地检测出疲劳试样的疲劳损伤部位。

磁标记自旋阀巨磁阻生物传感器的研究现状

磁标记自旋阀巨磁阻(GMR)生物传感器以其灵敏度高、生物特异性好、适于自动化分析及可实时检测等特点,在科学研究和免疫诊断应用等方面有广泛应用。介绍了磁标记自旋阀GMR生物传感器的工作原理、研究进展和应用前景,并指出了该传感器目前存在的问题和改进方法。

NiO钉扎的自旋阀的结构和磁性

利用反应溅射的方法制备了ＮｉＯ薄膜，并研究了ＮｉＯ对ＮｉＦｅ薄膜的钉扎作用，结果表明钉扎场与反应溅射时的Ａｒ／Ｏ２比例、总的溅射气压、基底的粗糙度等有很大关系．利用光电子能谱（ＸＰ）分析了ＮｉＯ２中的Ｎｉ，Ｏ离子的价态．并制备了ＮｉＯ钉扎的自旋阀Ｔａ／ＮｉＯ／ＮｉＦｅ／Ｃｕ／ＮｉＦｅ／Ｔａ，其磁电阻（ＭＲ）可达到２．２％，钉扎场为１０．４８ｋＡ／ｍ．

适用于GMR传感器的高性能自旋阀研究

在玻璃和硅衬底上利用高真空直流磁控溅射的方法淀积了结构为Ta/NiFe/CoFe/Cu/CoFe/IrMn/Ta的IrMn顶钉扎自旋阀薄膜.分别研究了增加磁电阻率,降低矫顽力和提高交换场的方法.经过结构的改善和工艺条件的优化后,使自旋阀的磁电阻率达到9.12%,矫顽力为1.04×(103/4π)A/m.通过2min的RIE使矫顽力减小33%,而磁电阻率几乎不受影响.利用CoFe/Cu/CoFe SAF结构使交换场从180×(103/4π)A/m上升到600×(103/4π)A/m左右.这种高性能的自旋阀适用于具有广泛前景的GMR传感器.

CrPtMn顶钉扎自旋阀材料的交换耦合作用研究

反铁磁钉扎层和铁磁被钉扎层之间的交换耦合作用是高性能自旋阀材料研究中的一个关键因素。本工作研究了CrPtMn顶钉扎自旋阀材料中的交换耦合场(Hex)与薄膜沉积条件以及退火处理之间的关系。研究表明:沉积后的自旋阀材料中的Hex大小与CrPtMn钉扎层的溅射工作气压关系不大,Hex约为7.96×103A/m。然而,经过240℃退火2 h处理后,Hex呈现出与CrPtMn沉积时的溅射工作气压相关的特性,随着溅射工作气压的增加而增大。材料退火后的交换耦合场Hex的温度特性良好,室温下约为2.39×104A/m。Hex随着测试温度的升高而逐渐减小,交换耦合场消失时的失效温度(blocking temperature)为315℃。

退火对IrMn基自旋阀结构和磁性能的影响

采用高真空直流磁控溅射的方法制备了结构为//Ta(5nm)/Co75Fe25(5nm)/Cu(2.5nm)/Co75Fe25(5nm)/Ir20Mn80(12nm)/Ta(8nm)的顶钉扎自旋阀多层膜,通过X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)和振动样品磁强计(VSM)研究了退火对自旋阀的结构及磁性能的影响。结果表明:退火使得IrMn(111)织构减弱,表面/界面粗糙度在低温退火后增大,而较高温度退火后减小;退火后交换偏置场和被钉扎层矫顽力减小,而自由层矫顽力增加;退火后自旋阀多层膜交换偏置场随样品在反向饱和场下停留时间的增加而不发生变化。

基于自旋阀巨磁电阻传感器的直流电流测量

自旋阀巨磁阻（gian tmagne to resistive,GMR）传感器具有灵敏度高、线性度好、体积小等显著的优点,在直流电流测量中具有极大的发展潜力.首先介绍了利用自旋阀GMR传感器进行直流电流测量的工作原理,推导出了自旋阀GMR传感器输出电压信号与被测直流电流之间的关系式.然后,对自行研制的自旋阀GMR传感器做了特性测试,确定了它的线性工作区域.在自旋阀GMR传感器的线性区内进行了直流电流测量实验,实验结果表明：当用正5V电压源为自旋阀GMR传感器供电,且铜线与自旋阀GMR传感器相距2 mm时,电流测量范围为0～4 A,其输出电压信号幅值为29.63～75.21 mV,灵敏度为11.39 mV/A.

Ni_(81)Fe_(19)层厚度对自旋阀巨磁电阻性能的影响

利用磁控溅射法,制备了一种上钉扎的标准自旋阀结构:Ta(6nm)/Ni_(81)Fe_(19)/Co_(90)Fe_(10)(1nm)/Cu(1.8nm)/Co_(90)Fe_(10)(3.5nm)/Ir_(20)Mn_(80)(8nm)/Ta(6nm),并研究了自旋阀结构中Ni_(81)Fe_(19)层厚度对自旋阀巨磁电阻变化率的影响,发现:巨磁电阻变化率对于Ni_(81)Fe_(19)层厚度具有强烈的依赖性。当Ni_(81)Fe_(19)层厚度位于2～6nm和7～12nm两个范围时,巨磁电阻变化率分别维持在较高(约8.34％)和较低(约3.34％)的两个水平,而当Ni_(81)Fe_(19)层厚度从6nm增加到7nm时,巨磁电阻变化率急剧降低,达5％。由此可见,为了得到高磁阻变化率,此类自旋阀结构中的Ni_(81)Fe_(19)层厚度不能超过6nm。

用于集成磁传感器的热稳定巨磁电阻自旋阀

研制了一种传统结构的上钉扎巨磁电阻自旋阀,其结构为:Ta(6nm)/Ni_(8)Fe_(19)(4.5nm)Co_(90)Fe_(10)(1nm)/Cu(1.8nm)/Co_(90)Fe_(10)(3.5nm)/Ir_(20)Mn_(80)(11nm)/Ta(3nm)。该自旋阀磁电阻变化率大(9.15％),交换场高(约200Oe),矫顽力低(0.85Oe),灵敏度高,且具有良好的热稳定性,加之与IC工艺兼容,因而是一种制作集成磁场传感器的理想结构。

巨磁电阻自旋阀多层膜的结构和磁性

用磁控溅射镀膜方法，制成了巨磁电阻自族间多层膜Ta／NiFe／Cu／NiFe／FeMn／Ta.它具有优良的特性.其室温磁电阻比率MR＞2％，自由层矫顽力Hc1＜160A／m，自由层零磁场漂Hf＜800A／m和钉扎层交换场Hex≈20×103A／m.作为新型磁功能材料，它满足高灵敏磁性传感器和硬盘读出头的要求.对多层膜制备的方法也作了系统研究，并讨论了缓冲层和钉扎层的制备工艺和微结构对磁性能的影响.

具有SAF结构的IrMn基自旋阀材料的磁场退火研究

用磁控溅射法制备了被钉扎层为反铁磁(SAF)结构(CoFe/Ru/CoFe)的IrMn基顶钉扎自旋阀材料,分别采用HRTEM、AFM、XPS对材料的结构和成分进行表征。首先,制备的自旋阀材料分别在200℃、245℃、255℃、265℃的真空条件(<10-5 Pa)下退火4 h,发现经265℃退火,自旋阀材料会发生明显的层间扩散,从而引起磁电阻率的降低。在选择合适退火温度(245℃)的基础上,研究了退火磁场对自旋阀材料磁电阻率的影响。在245℃的真空环境下,沿着材料的钉扎方向分别施加大小为80、160、240、400、560 kA/m的磁场退火4 h。实验发现经过80和160 kA/m的磁场退火后,材料的磁电阻率由退火前的8.80%分别下降到5.87%和6.31%;经240 kA/m的磁场退火后材料的磁电阻率变为7.91%;经400 kA/m的磁场退火后磁电阻率增大到9.89%;经560 kA/m的磁场退火后磁电阻率进一步增大到10.79%,比退火前增加了22.6%。

非线性响应对自旋阀磁电阻的影响

从非线性Kubo公式出发 ,考虑电子自旋相关体散射 ,研究了自旋阀结构磁电阻效应。发现非线性响应在不同程度上影响巨磁阻效应。在零温附近 ,温度参数对磁电阻影响较小 ,而外加偏压对磁电阻的影响相对较大。