專利名稱：產生磁性偏置場的多層薄膜結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種薄膜結構，尤其是一種產生磁性偏置場的多層薄膜結構，具體地 說是一種用于磁性傳感器的設計和制備中，提高磁性傳感器的精度和線性度的薄膜結構。
背景技術：
磁性偏置場技術在磁性傳感器的設計和制備中得到廣泛的應用，它的主要功能是 降低磁性傳感器的噪聲和磁滯，提高磁性傳感器的精度和對稱性等(在計算機硬盤中磁頭 的應用)，還能夠起到初始化磁性傳感器的作用(在AMR電子羅盤芯片中的應用)。在計算機硬盤磁頭芯片的讀頭部分中，所采用的磁性偏置場是由一層硬磁薄膜材 料產生的，這層硬磁薄膜材料具有較高的驕頑力和較高的剩磁，它所產生的偏置場的大小 可以由調解厚度和剩磁來控制。在計算機硬盤讀頭芯片部分，所述硬磁薄膜上還設置有兩 層磁性屏蔽層，所述磁性屏蔽層保護了產生磁性偏置場的硬磁材料不受外場的干擾。但是， 在其它磁性傳感器的設計、制備及應用中，由于無法提供同硬盤相同的磁性屏蔽層，如果采 用這種磁性偏置場技術，在遇到較大的外磁場干擾的情況下(外磁場大于硬磁薄膜的驕頑 力)，硬磁薄膜所產生偏置場的方向會發生變化，從而不可恢復的改變了磁性的特性。在AMR電子羅盤芯片的應用中，所采用的磁性偏置場是由一根集成在芯片上的電 流導線所提供的，磁性偏置場的大小有通過電流導線的電流大小來設定。它的作用是，當 AMR磁性傳感器受干擾后，重新初始化AMR磁性傳感器芯片。它的缺點是不能實時給磁性傳 感器提供偏置場，否則傳感器的功耗會很大。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種產生磁性偏置場的多層薄 膜結構，其能夠在受到較大外磁場干擾，并在外磁場撤掉后，所產生的磁性偏置場可以恢 復，從而使磁性傳感器系統可以正常工作，且沒有功耗方面的損失。為實現上述發明目的，本發明提供的第一種技術方案為，所述產生磁性偏置場的 多層薄膜結構，包括種子層；至少一層磁性被釘扎層，所述磁性被釘扎層產生磁性偏置場； 至少一層非磁性釘扎層，所述非磁性釘扎層為磁性被釘扎層提供磁性釘扎場，所述磁性釘 扎場的方向與磁性偏置場的方向相同，磁性釘扎場能夠保持磁性偏置場方向的穩定。所述種子層上方還設有保護層；所述保護層與種子層間設置至少一層磁性被釘扎 層與至少一層非磁性釘扎層。所述非磁性釘扎層的材料包括Mnlr或MnPt。所述磁性被釘 扎層的材料包括CoFeB、CoFe、NiFe或CoFe、Ru與CoFe形成的復合層。所述保護層的材料 包括Ta、Pt或Ti。為實現上述發明目的，本發明提供的第二種技術方案為，所述產生磁性偏置場的 多層薄膜結構，包括種子層；硬磁層，所述硬磁層位于種子層上，所述硬磁層產生磁性偏置 場；電流導線，所述電流導線纏繞在種子層與硬磁層的復合層外周面上。所述種子層上方還設有保護層，所述保護層位于硬磁層上；所述電流導線纏繞在種子層、硬磁層與保護層形成復合層的外周面。所述電流導線內通入電流，使電流導線產生 磁場的方向與硬磁層產生磁性偏置場的方向相同，且電流導線產生的磁場使磁性偏置場的 方向保持穩定。本發明的優點在種子層上設置至少一層非磁性釘扎層與至少一層磁性被釘扎 層，通過非磁性釘扎層產生的磁性釘扎場使磁性被釘扎層產生的磁性偏置場的方向保持穩 定，提高了抗干擾能力，工藝操作簡單，減少了功耗損失。在種子層上設置硬磁層，硬磁層產 生磁性偏置場，在電流導線內通入電流，使電流導線產生的磁場與硬磁層的磁性偏置場方 向相同，且能夠使在磁性偏置場在外加磁場作用下，能夠保持磁性偏置場方向的穩定，工藝 實現簡單，抗干擾能力強。
圖1為本發明的第一種實施方式結構示意圖。圖2為本發明的第二種實施方式結構示意圖。圖3為本發明的第三種實施方式結構示意圖。圖4為本發明的第四種實施方式結構示意圖。圖5為本發明的第五種實施方式結構示意圖。圖6為本發明的第六種實施方式結構示意圖。
具體實施例方式下面結合具體附圖和實施例對本發明作進一步說明。如圖1 圖6所示本發明包括種子層1、非磁性釘扎層2、磁性被釘扎層3、保護 層4、磁性偏置場方向5、硬磁層6、電流導線7及電流8。如圖1所示，為采用四層結構的結構示意圖。所述種子層1上設置非磁性釘扎層 2，所述種子層1提供較好的晶格取向，為非磁性釘扎層2與磁性被釘扎層3間提供襯底。所 述非磁性釘扎層2上設置磁性被釘扎層3，所述磁性被釘扎層3上設置保護層4，所述保護 層4能夠保護磁性被釘扎層3、非磁性釘扎層2與種子層1，延長薄膜結構的使用壽命。所 述非磁性釘扎層2為磁性被釘扎層3提供一個磁性釘扎場，使磁性被釘扎層3產生的磁性 偏置場的方向保持穩定。所述磁性被釘扎層3產生磁性偏置場的大小可以由非磁性釘扎層 2與磁性被釘扎層3間排列順序不同和磁性被釘扎層3的厚度不同來進行控制。所述磁性 偏置場的方向由非磁性釘扎層2產生的磁性釘扎場的方向決定；所述非磁性釘扎層2產生 的磁性釘扎場的方向由回火工藝決定。所述非磁性釘扎層2的回火是在270°C 330°C的 溫度范圍、外磁場強度在5000高斯以上的場強下進行，所述外磁場的方向決定了磁性釘扎 場的方向。如圖2所示，為采用四層結構的另一種結構示意圖。所述種子層1上設置磁性被 釘扎層3，所述磁性被釘扎層3上依次設有非磁性釘扎層2及保護層4。所述非磁性釘扎層 2為磁性被釘扎層3提供一個磁性釘扎場，使磁性被釘扎層3產生的磁性偏置場的方向保持 穩定。所述磁性被釘扎層3產生磁性偏置場的大小可以由非磁性釘扎層2與磁性被釘扎層 3間排列順序不同和磁性被釘扎層3的厚度不同來進行控制。所述磁性偏置場的方向由非 磁性釘扎層2產生的磁性釘扎場的方向決定；所述非磁性釘扎層2產生的磁性釘扎場的方向由回火工藝決定。所述非磁性釘扎層2的回火是在270°C 330°C的溫度范圍、外磁場強 度在5000高斯以上的場強下進行，所述外磁場的方向決定了磁性釘扎場的方向。如圖3所示，為采用五層結構的結構示意圖。所述種子層1上方設有非磁性釘扎 層2，所述非磁性釘扎層2的上下兩側均設置有磁性被釘扎層3。所述非磁性釘扎層2下方 的磁性被釘扎層3位于種子層1上，磁性釘扎層2上方對應的磁性被釘扎層3上設有保護 層4。如圖4所示，為采用五層結構的另一種實施結構示意圖。所述種子層1與保護層 4間設有兩層非磁性釘扎層2與一層磁性被釘扎層3，所述非磁性釘扎層2位于磁性被釘扎 層3的上下兩側。磁性被釘扎層3下方對應的非磁性釘扎層2位于種子層1上；磁性被釘 扎層3上方對應的非磁性釘扎層2與保護層4連接。如圖5所示，為采用若干復合結構的示意圖。所述種子層1與保護層4間設置若 干非磁性釘扎層2與磁性被釘扎層3。如圖1 圖5所示，所述磁性被釘扎層3產生的磁性偏置場的方向如5所示。磁 性被釘扎層3的作用是提供偏置場，其大小由磁性被釘扎層3的材料特性和厚度決定；圖 1 圖5中磁性被釘扎層3與非磁性釘扎層2間的順利及數量不同時，所述薄膜結構產生 的磁性偏置場的大小不同。所述磁性偏置場的方向5是由非磁性釘扎層2所產生的磁性釘 扎場的方向決定。所述非磁性釘扎層2產生的磁性釘扎場的方向將由其回火工藝決定，回 火工藝是在較大的外磁場和較高的溫度下退火，所加的外磁場方向決定了磁性釘扎場的方 向。所述非磁性釘扎層2產生的磁性釘扎場的方向與磁性被釘扎層3產生的磁性偏置場的 方向相同，且磁性釘扎場的大小及其方向不受外磁場的干擾而發生變化。當磁性偏置場受 外界磁場干擾而發生變化后，磁性釘扎場可以把磁性偏置場的方向重新設置回來，從而使 磁性偏置場的方向保持穩定。如圖6所示，為本發明的第二種技術方案的結構示意圖。所述種子層1上設置硬 磁層6，所述硬磁層6上設置保護層4 ；所述種子層1與保護層4間的外周面上纏繞有電流 導線7，當電流導線7內流過電流時，電流導線7產生的磁場方向與硬磁層6產生的磁性偏 置場的方向相同。其中種子層1的作用是提供好的晶格取向；硬磁層6的作用是產生磁性 偏置場；保護層4的作用保護整個多層膜結構，能夠延長所述多層膜結構的使用壽命。所述硬磁層6的材料具有較高的驕頑力和較高的剩磁，它所產生的磁性偏置場的 大小可以由調解厚度和剩磁來控制；所述磁性偏置場的初始方向由沖磁工藝中的外磁場的 方向來決定。所述硬磁層6的沖磁工藝是外加一個磁場強度高于硬磁材料6的驕頑力磁 場，而外磁場的方向決定了磁性偏置場的方向5。電流導線7是纏繞在在種子層1與保護層 4的外周面上，電流導線7內通過其電流8時，在電流導線7周圍產生一個與磁性偏置場方 向一致的一個磁場。當外界有較大的磁場干擾磁性偏置場時，硬磁層6產生磁性偏置場的 方向5發生變化，在電流導線7內流過電流8，電流導線7在電流8作用下產生的磁場可以 將硬磁層6的磁性偏置場的方向進行重新設定，使硬磁層6的磁性偏置場的方向保持穩定。 所述電流8產生的磁場的強度要高于硬磁層6的驕頑力磁場，保證能夠將硬磁層6在外磁 場干擾下變化的磁性偏置場進行校正，抗干擾能力強。當硬磁層6的磁性偏置場方向校正 后，可以斷開電流導線7內的電流，降低了多層膜的功耗，節能環保。本發明在種子層1上設置至少一層非磁性釘扎層2與至少一層磁性被釘扎層3，通過非磁性釘扎層2產生的磁性釘扎場使磁性被釘扎層3產生的磁性偏置場的方向保持穩 定，提高了抗干擾能力，工藝操作簡單，減少了功耗損失。在種子層1上設置硬磁層6，硬磁 層6產生磁性偏置場，在電流導線7內通入電流8，使電流導線7產生的磁場與硬磁層6的 磁性偏置場方向相同，且能夠使在磁性偏置場在外加磁場作用下，能夠保持磁性偏置場方 向的穩定，工藝實現簡單，抗干擾能力強。
權利要求
一種產生磁性偏置場的多層薄膜結構，其特征是，包括種子層；至少一層磁性被釘扎層，所述磁性被釘扎層產生磁性偏置場；至少一層非磁性釘扎層，所述非磁性釘扎層為磁性被釘扎層提供磁性釘扎場，所述磁性釘扎場的方向與磁性偏置場的方向相同，磁性釘扎場能夠保持磁性偏置場方向的穩定。
2.根據權利要求1所述的產生磁性偏置場的多層薄膜結構，其特征是所述種子層上 方還設有保護層；所述保護層與種子層間設置至少一層磁性被釘扎層與至少一層非磁性釘 扎層。
3.根據權利要求1所述的產生磁性偏置場的多層薄膜結構，其特征是所述非磁性釘 扎層的材料包括MnIr或MnPt。
4.根據權利要求1所述的產生磁性偏置場的多層薄膜結構，其特征是所述磁性被釘 扎層的材料包括CoFeB、CoFe、NiFe或CoFe、Ru與CoFe形成的復合層。
5.根據權利要求2所述的產生磁性偏置場的多層薄膜結構，其特征是所述保護層的 材料包括Ta、Pt或Ti。
6.一種產生磁性偏置場的多層薄膜結構，其特征是，包括種子層；硬磁層，所述硬磁層位于種子層上，所述硬磁層產生磁性偏置場；電流導線，所述電流導線纏繞在種子層與硬磁層的復合層外周面上。
7.根據權利要求6所述的產生磁性偏置場的多層薄膜結構，其特征是所述種子層上 方還設有保護層，所述保護層位于硬磁層上；所述電流導線纏繞在種子層、硬磁層與保護層 形成復合層的外周面。
8.根據權利要求6所述的產生磁性偏置場的多層薄膜結構，其特征是所述電流導線 內通入電流，使電流導線產生磁場的方向與硬磁層產生磁性偏置場的方向相同，且電流導 線產生的磁場使磁性偏置場的方向保持穩定。
全文摘要
本發明涉及一種產生磁性偏置場的多層薄膜結構。其包括種子層與保護層；在種子層與保護層間可以設置至少一層磁性被釘扎層、至少一層非磁性釘扎層或是設置硬磁層；所述非磁性釘扎層為磁性被釘扎層提供磁性釘扎場，所述磁性釘扎場的方向與磁性偏置場的方向相同，磁性釘扎場能夠保持磁性偏置場方向的穩定；當種子層與保護層間設置硬磁層時，種子層與保護層的外周面上纏繞有電流導線，電流導線在通入電流時，能夠對硬磁層產生的磁性偏置場進行校正。本發明能夠在受到較大外磁場干擾，并在外磁場撤掉后，所產生的磁性偏置場可以恢復，從而使磁性傳感器系統可以正常工作，且沒有功耗方面的損失。
文檔編號H01F41/14GK101853732SQ201010193329
公開日2010年10月6日 申請日期2010年6月1日 優先權日2010年6月1日
發明者王建國, 薛松生 申請人:王建國;薛松生