三明治結(jié)構(gòu)多層膜巨磁阻抗效應研究.pdf

1、本文研究了三明治結(jié)構(gòu)多層膜巨磁阻抗效應。 巨磁阻抗（Giant Magneto-Impedance，簡記為GMI）效應是指材料的交流阻抗隨外加磁場的改變而發(fā)生顯著變化的現(xiàn)象。巨磁阻抗（GMI）傳感器比普通磁敏傳感器的靈敏度高，并且無磁滯、響應快，在弱磁傳感器領(lǐng)域的應用前景廣闊。巨磁阻抗效應一般出現(xiàn)在軟磁絲、薄帶和薄膜中，其中薄膜GMI傳感器由于具有批量生產(chǎn)以及與半導體電路集成的兼容能力，這就大大降低了生產(chǎn)成本，因此研究軟磁薄膜材

2、料中的巨磁阻抗效應具有重要的實用價值。 研究表明，上下兩層軟磁薄膜層中間夾一高電導率的金屬層的三明治結(jié)構(gòu)多層膜在相對較低頻率下就能獲得很大的GMI效應，在高靈敏磁傳感器和磁記錄技術(shù)等方面具有十分誘人的應用前景。 系統(tǒng)研究了CoFeSiB和NiFe單層膜以及多層膜的制備及其巨磁阻抗效應與外加磁場、電流頻率、器件參數(shù)、偏置磁場等的關(guān)系。主要研究成果如下： 1、采用射頻磁控濺射法結(jié)合MEMS工藝制備了CoFeSiB單層

3、膜以及曲折狀三明治結(jié)構(gòu)CoFeSiB/Cu/CoFeSiB多層膜，研究表明，濺射態(tài)的條狀單層CoFeSiB薄膜中的GMI效應較弱，只有約4％，而曲折狀三明治結(jié)構(gòu)CoFeSiB/Cu/CoFeSiB多層膜的GMI效應則有較大的提高（約18.6％），呈現(xiàn)出典型的巨磁阻抗效應變化趨勢，說明了曲折狀三明治結(jié)構(gòu)多層膜的優(yōu)越性。 2、曲折狀三明治結(jié)構(gòu)CoFeSiB/Cu/CoFeSiB多層膜中的Cu夾層寬度和厚度對其GMI效應有很大影響。當

4、Cu層寬度較小時，縱向GMI效應最大，而當Cu層寬度超過CoFeSiB鐵磁層寬度的一半并隨著Cu層寬度越來越接近CoFeSiB鐵磁層寬度時，縱向GMI效應逐漸降低；而與鐵磁層厚度在同一數(shù)量級的Cu層厚度對多層膜的縱向GMI效應影響不大，但對橫向GMI效應有較大影響，當Cu層厚度超過鐵磁薄膜厚度的2倍時，橫向GMI效應減弱。 3、采用電鍍工藝結(jié)合MEMS工藝制備了曲折狀NiFe單層膜以及曲折狀三明治結(jié)構(gòu)NiFe/Cu/NiFe多層

5、膜，研究表明，在電鍍態(tài)的曲折狀NiFe單層膜中獲得了較大的GMI效應，在頻率9MHz、磁場為2.4kA/m時，縱向GMI最大值達到9％，并且在低頻、低場下就呈現(xiàn)較大GMI效應，顯示曲折狀設(shè)計的優(yōu)越性；曲折狀三明治結(jié)構(gòu)NiFe/Cu/NiFe多層膜也大大提高了NiFe薄膜的GMI效應，對于電鍍態(tài)NiFe多層膜，其縱向GMI效應在2MHz，1.6kA/m時可以達到67％，是單層膜的7倍多，且最佳頻率更低，證明了曲折狀三明治結(jié)構(gòu)對提高薄膜的G

6、MI效應具有明顯的優(yōu)勢。 4、三明治結(jié)構(gòu)NiFe/Cu/NiFe多層膜中薄膜厚度和導電夾層的寬度對其GMI效應存在顯著影響，厚度較厚的樣品可以獲得更大的GMI效應，而厚度較薄的樣品則可獲得更好的頻率和磁場特性；Cu層寬度接近于NiFe鐵磁層寬度的一半時，多層膜樣品的GMI效應最大。 5、磁場退火不僅能保持NiFe多層膜樣品中的磁各向異性，而且可以提高薄膜的軟磁性能，從而大大提高了樣品的GMI效應，如經(jīng)過磁場退火后，NiF

7、e多層膜的縱向GMI效應在1MHz，2.4kA/m時提高到了86.7％，這對GMI效應的實用化具有重要意義。 6、通過外加線圈對樣品施加一個縱向直流偏置磁場可在NiFe/Cu/NiFe多層膜樣品中觀察到非對稱巨磁阻抗效應，這對于提高巨磁阻抗效應傳感器在零場附近的靈敏度和線性度具有重要價值，但偏置磁場并不是越大越好，在低場下可以觀察到明顯的非對稱GMI（AGMI）效應，而高的偏置磁場則大大削弱了樣品的GMI效應。 7、研究