L10-FePt(CoPt)基磁電阻傳感器材料優(yōu)化和線性響應(yīng)研究.pdf

1、在當今這個信息多元化的時代，信息的準確獲取和轉(zhuǎn)化顯得至關(guān)重要。磁敏傳感器(Magnetic sensors)在此方面發(fā)揮著重要作用，是信息科學(xué)的核心部分。傳統(tǒng)的磁敏傳感器主要是基于 Hall效應(yīng)、各向異性磁電阻(AMR)效應(yīng)，具有體積大、靈敏度低、線性范圍窄等缺點，難以將高集成和高靈敏度統(tǒng)一于一體。目前，基于巨磁電阻(GMR)效應(yīng)和隧穿磁電阻(TMR)效應(yīng)的新型磁敏傳感器克服了這些缺點，具有線性響應(yīng)好，靈敏度高，熱穩(wěn)定性好和頻率響應(yīng)快等

2、高性能，在信息技術(shù)、汽車電子技術(shù)、機電一體化控制等領(lǐng)域正逐步取代傳統(tǒng)的磁敏傳感器而被廣泛地應(yīng)用。但是，在需要感應(yīng)外場很強，甚至達到特斯拉級的磁敏傳感器設(shè)備中，這類磁敏傳感器卻難以得到廣泛地應(yīng)用。據(jù)此我們設(shè)計了以具有較大垂直各向異性能的硬磁材料作為參考層和面內(nèi)各向異性軟磁材料作為自由層的磁性多層膜單元，這樣兩鐵磁層的磁矩可以形成自然垂直結(jié)構(gòu)，在外磁場作用下獲得磁電阻寬場線性響應(yīng)。
　　能否制備出具有高垂直各向異性、大矯頑力、高矩形比

3、以及表面光滑的L10-CoPt和L10-FePt薄膜對磁性多層膜寬場線性傳感器的磁電阻大小以及線性輸出范圍都會產(chǎn)生極大的影響。我們采用Ag作為誘導(dǎo)層，通過高真空磁控濺射優(yōu)化薄膜生長參量以及后退火條件，經(jīng)過450℃高真空后退火60min后獲得具有大矯頑力、高矩形比以及表面光滑的L10-CoPt薄膜，其矯頑力可以達到約14000 Oe，矩形比Mr/Ms=0.92，其垂直膜面方向的開關(guān)場分布SFD=0.36。另一方面，我們還采用MgO(001

4、)基片作為誘導(dǎo)層，Pt作為緩沖層，制備了MgO(001)/Pt(4nm)/FePt(20nm)薄膜，通過在線加溫沉積和在線保溫處理等方法，優(yōu)化出完全沒有(111)取向的具有垂直各向異性、大矯頑力、高矩形比以及粗糙度小的L10-FePt薄膜，其矯頑力達到7212Oe矩形比Mr/Ms=0.92。在此基礎(chǔ)上，我們選取L10-FePt作為參考層，通過高真空磁控濺射設(shè)備在單晶 MgO(001)基片上制備了結(jié)構(gòu)為 Pt/FePt/X/Fe/Pt的L

5、10-FePt基磁性多層膜樣品，研究了以Cu和ZnO作為中間層時所產(chǎn)生的磁電阻效應(yīng)以及MR-H線性響應(yīng)范圍。發(fā)現(xiàn)FePt/Cu/Fe磁性多層膜在10K下，MR的比值可以達到1.6％，在外磁場強度為-0.6T到1T的范圍內(nèi)可以實現(xiàn)MR-H線性輸出；而基于ZnO勢壘層的磁性隧道結(jié)室溫MR比值為0.5%，寬場響應(yīng)范圍達到±0.5T。
　　總之，我們通過優(yōu)化實驗條件和實驗參量，制備出了具有較大矯頑力、較高矩形比以及表面光滑的垂直各向異性