【摘 要】
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基于物联网技术发展的需求,磁传感器作为一种非接触式感知元器件,已日益不可或缺。其中,基于巨磁阻效应（Giant Magnetic Resistance,简称GMR）的GMR传感器因其尺寸小、功耗低、性能稳定、易于集成等优势,吸引着各国科研人员的广泛关注与研究。本研究针对目前巨磁阻单极开关开关场可调节范围小的问题,提出了双钉扎自旋阀结构,利用交换偏置场易于调整,以可调交换偏置场替代只能在较小范围内改
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基于物联网技术发展的需求,磁传感器作为一种非接触式感知元器件,已日益不可或缺。其中,基于巨磁阻效应（Giant Magnetic Resistance,简称GMR）的GMR传感器因其尺寸小、功耗低、性能稳定、易于集成等优势,吸引着各国科研人员的广泛关注与研究。本研究针对目前巨磁阻单极开关开关场可调节范围小的问题,提出了双钉扎自旋阀结构,利用交换偏置场易于调整,以可调交换偏置场替代只能在较小范围内改变的耦合场,达到满足更大开关场应用需求的目的。具体开展的研究工作如下:首先为实现磁性单极开关开关场可较大范围调整的目的,研究中提出了一种双钉扎自旋阀结构,通过FM/AFM的交换偏置场调制来实现较大开关场范围的可调。研究中采用了Ta/Ni Fe/Ir Mn/Co Fe/Cu/Co Fe/Ir Mn/Ta、Ta/Ni Fe/Ir Mn/Co Fe/Ru/Co Fe/Cu/Co Fe/Ir Mn/Ta两种结构。通过制备测试研究发现前一种结构由于底部的Ir M n/Co Fe双层膜与顶部的Co Fe/Ir Mn双层膜两个交换偏置场相近,造成底钉扎与顶钉扎翻转场重叠的现象,不易实现开关场的有效调制;而后一种结构通过将一组常规钉扎结构由具有更大交换偏置场的人工反铁磁（SAF）结构替代,并且通过对比SAF在结构顶层与在结构底层对双钉扎自旋阀薄膜性能的影响,确定了SAF位于底层、常规钉扎结构位于顶层的双钉扎自旋阀结构,可以解决前一种结构的问题。最终通过在8-16 nm范围内改变双钉扎自旋阀中常规被钉扎层的厚度,可以实现双钉扎磁阻薄膜中关断磁场Brp在70-164 Oe和开启磁场Bop在148-242 Oe范围内的调制。而后,基于我们研制的Ta/Ni Fe/Ir Mn/Co Fe/Ru/Co Fe/Cu/Co Fe/Ir Mn/Ta薄膜,开展了单桥磁性单极开关的制备和测试研究工作,利用微细加工技术,制备的磁阻条尺寸为20μm×200μm,实现了开启场Bop为20 Oe,关断场Brp为192 Oe的磁性单极开关,满足磁性单极开关的应用要求。进一步,通过在6-10 nm范围内改变常规被钉扎层中Co Fe厚度能有效地实现磁性单极开关的开关场大小的调整。对比于目前商业化应用的巨磁电阻磁性单极开关最大工作场80 Oe,双钉扎自旋阀磁性单极开关传感器能在更大的磁场应用范围得到应用。
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