專利名稱：一種寬檢測范圍的磁傳感器件的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種磁傳感器件。
背景技術：
磁傳感器件已在無刷電機、齒輪轉速檢測、過程控制中的無觸點開關、定位開關，汽車的安全裝置ABS，汽車發動機點火定時，電流電壓傳感器等領域得到廣泛應用，磁傳感器件由活性層、電極及保護它們的封裝組成。其特點是無觸點傳感，可靠性高，用以檢測電流電壓，無插入損耗，且實現輸入和輸出信號的完全隔離、無過載損壞等，因此在磁性材料及測磁儀器的研究、地磁場圖的精確繪制、地質勘探、航海、航空、航天等領域都有十分重要的用途。目前，磁傳感器件中的活性層材料一般都采用硅、銻化銦、砷化銦等半導體材料，元件的尺寸較大，在亞毫米量級。又由于半導體材料的載流子濃度、遷移率等特征參數隨溫度變化很大，使其電阻率隨溫度變化很大，導致工作溫度受到限制。如果要在更寬的溫度范圍內工作，必須組合使用多種型號的元件，導致其尺寸加大，也使元件成本大大增加。為克服半導體活性層材料體積大、成本高、制備工藝復雜等缺點，必須尋找一種工作溫度寬、體積小、制備簡單的替代材料。磁性薄膜材料中存在反常效應，并且這類材料具有較高的溫度穩定性，制備簡單，能夠克服半導體材料工作溫度范圍窄·、制備工藝復雜的缺點，以這類磁性薄膜為活性層制得的磁傳感器件的尺寸將降至亞微米量級。但是以磁性薄膜作為磁傳感器件的活性層時也存在一些問題。一方面，為了盡量減小元器件尺寸，必須降低活性層的厚度。對于一般的磁性薄膜材料，當厚度減小到一定臨界值以下時，材料有可能進入超順磁態，此時磁化強度大大降低，電阻率也隨之大大降低，從而有可能使磁傳感元件失效；另一方面，作為活性層材料的磁性薄膜一般電阻率較大，導電性差，因此需要更高的輸入電壓，這在實際應用中增加了功率損耗，降低了元件的使用壽命。可見，必須尋找到一種新型的磁性活性層材料，使得其在厚度為納米級的情況下仍保持較高的磁性系數、較小的電阻率且具有良好的性能。
發明內容
為了解決傳統的半導體磁傳感器件體積大、工作溫度范圍窄、導電性差等問題，本發明公開了一種性能穩定，檢測范圍寬的磁傳感器件。本發明提供了一種以納米晶Fe2.95La0.0503磁性材料作為活性層的磁傳感器件，該器件工作溫度在2K到500K(即-271°C到227 °C )范圍內，電阻率在250 μ Qcn^lJ3500 μ Qcm范圍內。在2Κ到500Κ的工作溫度范圍內，樣品的線性度小于千分之二，磁場線性度保持在_7k0e到7k0e范圍內。本發明公開的磁傳感器件包括活性層、金屬電極層和保護層，活性層為在基片上形成的納米晶Fe2.95Laa(l503.性材料，金屬電極層與活性層接觸，保護層直接覆蓋活性層。
優選地，所述的基片是玻璃、石英、單晶硅或單晶砷化鎵；所述的活性層Fe2.95LaQ.Q503磁性薄膜的薄膜厚度在4 400納米，優選厚度8 350納米，最優選10 200納米；所述的活性層是“十”字形。活性層的線度在0.3 I微米；所述的金屬電極層是鈦和金電極層；所述的保護層是二氧化硅保護層；所述的二氧化硅保護層的厚度為50納米。
具體實施方式
為了使本領域技術人員更清楚地理解本發明，下面通過具體實施方式
詳細描述其技術方案。下面將通過具體實施例對本發明作進一步的說明。本發明的磁傳感器件包括活性層、金屬電極層和保護層，活性層為在基片上形成的納米晶Fe2.95Laa(l503.性材料，金屬電極層與活性層接觸，保護層直接覆蓋活性層。優選地，所述的基片是玻璃、石英、單晶硅或單晶砷化鎵。所述的活性層Fe2.95LaQ.Q503磁性薄膜的薄膜厚度在4 400納米，優選厚度8 350納米，最優選10 200納米。所述的活性層是“十”字形。活性層的線度在0.3 I微米；所述的金屬電極層是鈦和金電極層。所述的保護層是二氧化硅保護層；所述的二氧化硅保護層的厚度為50納米。下文中單位sccm指“standard cubic centimeter per minute”，即標準狀態毫升/ 分(1ml = Icm3)，標準狀態為 0°C, latm。實施例11、活性層圖案的制備。用掩膜的方法在石英基片上形成為了沉積薄膜的“十”字形圖案。該圖案中心正方形的邊長在1.0微米，中心正方形的四個邊上突出部分的長度為
0.2微米；2、室溫下通入氬氣和氧氣。采用中國科學院沈陽科儀中心的DPS-1II型超高真空磁控濺射鍍膜機(自帶的計算機控制軟件)，在背底真空度小于5.0X KT5Pa時，將高純度的Ar氣和O2氣的混合氣體通入真空室。其中Ar氣流量為lOsccm，O2氣流量為2.7sccm。待真空度下降為1.0Pa左右時，利用設備自帶的計算機控制軟件，將超高真空閘板閥的開啟度設定為20% ；3、預濺射。向純度為99.99%的鐵靶上加以設定為475W的直流功率，向純度為99.99%的鉬靶上加以設定為50W的直流功率，預濺射5分鐘；4、濺射成膜。打開石英基片的擋板，基片以20轉/分鐘的速度勻速旋轉，控制濺射時間在10分鐘；即得到一定厚度的納米晶Fq95Laatl5O3磁性材料。5、制備電極。通過磁力轉軸將樣品送到副真空室，取出樣品，除去光刻膠；用掩膜的方法在基片上正方形Fk95Laatl5O3薄膜的四個邊的外側形成為了沉積四個電極的矩形圖案。每個電極圖案分別與正方形Fk95LaaJM^膜的四個邊有0.15微米的重疊部分。將樣品送入真空室，連續制備50納米厚的鈦層和500納米厚的金層形成電極，鈦靶和金靶均采用直流濺射；
6、制備保護層。通過磁力轉軸將樣品送到副真空室，取出樣品，除去光刻膠；用掩膜的方法在基片上正方形Fe2.95LaaΜ03的上方形成為了沉積保護層的正方形圖案，正方形的邊長在0.5 1.2微米，將Fq95Laatl5O3完全覆蓋。將樣品送入真空室制備二氧化硅保護層。二氧化硅靶采用射頻濺射，利用計算機控制程序，設定濺射功率為200W，濺射時間為10分鐘，得到磁傳感器件。采用Dektak3表面形貌儀測量得到活性層薄膜厚度為200nm，經過X射線衍射分析和X射線光電子能譜分析表明薄膜的主要成分為Fe2.95Laa(l503。利用美國Quantum Design公司生產的物理性質測量儀PPMS-9，在2K 500K的溫度范圍內對磁傳感器件的電阻率進行測量。結果表明，樣品的電阻率在950μ Qcm 1150 μ Ωαη范圍內，大小和變化范圍均小于通常的半導體及FeN1-Si02、N1-SiO2, Co-SiO2等顆粒薄膜材料。利用美國Quantum Design公司生產的物理性質測量儀PPMS-9，在2K 500K的溫度范圍內對磁傳感器件的飽和磁傳感電阻率進行測量。飽和磁傳感電阻率隨溫度的變化反映了磁傳感器件性能的穩定性。飽和磁傳感電阻率隨溫度的變化越小，表明磁傳感器件的溫度穩定性越強，工作溫度范圍越寬。結果表明，在2K 500K的溫度范圍內，飽和磁傳感電阻率的值變化了 12%，而在同樣條件下，N1-SiO2顆粒薄膜材料的磁傳感電阻率變化了80%。利用美國Quantum Design公司生產的物理性質測量儀PPMS-9，在_7k0e到7k0e的磁場范圍內，在2K 500K的溫度范圍內，對磁傳感器件的線性度進行測量。傳感器的線性度表征著器件對不同磁場的測量精度。在_7k0e到7k0e的磁場范圍內，每個溫度下測得的本磁傳感器件磁傳感電阻率與磁場均保持很好的線性關系。為定量表示測量曲線的線性度，采用線性擬合的方法，得出不同溫度下的最大相對誤差。在2K 500K的溫度范圍內，樣品的線性度小于十萬分之二。實施例21、活性層圖案的制備同實施例1步驟I ;2、室溫下通入気氣和氧氣，同實施例1步驟2 ；3、預濺射同實施例1步驟3 ；4、濺射成膜。打開石英基片的擋板，基片以20轉/分鐘的速度勻速旋轉，控制濺射時間分別為0.5分鐘、2分鐘和20分鐘，制得樣品1、II和III ;5、電極的制備方法同實施例1步驟5 ；6、保護層的制備方法同實施例1步驟6 ;采用Dektak3表面形貌儀測量得到活性層的厚度，結果列于表I中。利用美國Quantum Design公司生產的物理性質測量儀PPMS-9，在2K 500K的溫度范圍內對磁傳感器件1、II和III的電阻率進行測量，結果列于表I中。利用美國Quantum Design公司生產的物理性質測量儀PPMS-9，在2K 500K的溫度范圍內對磁傳感器件的飽和磁傳感電阻率進行測量,三個磁傳感器件的飽和磁傳感電阻率變化范圍分別列于表I中。利用美國Quantum Design公司生產的物理性質測量儀PPMS-9，在_7k0e到7k0e的磁場范圍內，在2K 500K的溫度范圍內，對磁傳感器件的線性度進行測量。三個磁傳感器件的線性度的變化和保持線性度的磁場范圍分別列于表I中。表I磁傳感器件1、II和III的性能參數。
權利要求
1.一種寬檢測范圍的磁傳感器件，包括活性層、金屬電極層和保護層，其特征在于， 活性層為在基片上形成的納米晶Fe2.95LaaC15O3磁性材料； 金屬電極層與活性層接觸； 保護層直接覆蓋活性層； 活性層的厚度為4 400納米，優選為8 350納米，更優選10 200納米。
2.如權利要求1所述的磁傳感器件，其特征在于，所述活性層是“十”字形。
3.如權利要求1所述的磁傳感器件，其特征在于，所述活性層的線度在0.3 I微米。
4.如權利要求1 3中任一項所述的磁傳感器件，其特征在于，所述金屬電極層是鈦和金電極層。
5.如權利要求1 3中任一項所述的磁傳感器件，其特征在于，所述的保護層是二氧化硅保護層；所述的二氧化硅保護層的厚度為50納米。
6.如權利要求1 3中任一項所述的磁傳感器件，其特征在于，所述基片是玻璃、石英、單晶硅或單晶砷化鎵。
全文摘要
本發明公開了一種磁傳感器件，包括活性層、金屬電極層和保護層，活性層為在基片上形成的納米晶Fe2.95La0.05O3磁性材料，金屬電極層與活性層接觸，保護層直接覆蓋活性層。該器件工作溫度在2K到500K(即-271℃到227℃)范圍內，電阻率在250μΩcm到3500μΩcm范圍內。在2K到500K的工作溫度范圍內，樣品的線性度小于千分之二，磁場線性度保持在-7kOe到7kOe范圍內。本發明解決了傳統的半導體磁傳感器件體積大、工作溫度范圍窄、導電性差等問題。
文檔編號H01L43/10GK103199191SQ20131006119
公開日2013年7月10日 申請日期2013年2月28日 優先權日2013年2月28日
發明者梅欣, 張俊 申請人:溧陽市生產力促進中心