專利名稱：金屬/絕緣體類納米顆粒材料和薄膜磁傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬/絕緣體類納米顆粒材料和薄膜磁傳感器。更具體地，本發(fā)明涉 及薄膜磁傳感器，所述薄膜磁傳感器適于檢測汽車車軸、旋轉(zhuǎn)編碼器或工業(yè)齒輪等的轉(zhuǎn)動 信息，檢測液壓缸/氣壓缸的沖程位置或機(jī)床的滑塊等的位置/速度信息，及檢測如工業(yè) 焊接機(jī)器人的電弧電流等的電流信息，并且適合用于地磁方位羅盤(geomagnetic azimuth compass)等，本發(fā)明還涉及在此類薄膜磁傳感器中使用的金屬/絕緣體類納米顆粒材料。
背景技術(shù)：
磁傳感器是通過磁場將關(guān)于電磁力(如電流、電壓、電功率、磁場、磁通量等)、 力學(xué)量(如位置、速度、加速度、位移、距離、張力、壓力、扭矩、溫度、濕度等)或生物化學(xué) 量等的檢測量轉(zhuǎn)化成電壓的電子器件。根據(jù)磁場的檢測方法，將磁傳感器分類為霍爾 傳感器、各向異性磁電阻(anisotropicmagnetoresistivity) (AMR)傳感器、巨磁電阻 (giantmagnetoresistivity) (GMR 巨 MR (giant MR))傳感器等。在這些磁傳感器中，GMR傳感器具有例如以下優(yōu)點(1)與AMR傳感器相比，GMR傳感器具有非常大的電阻率變化率的最大值(S卩，MR 比=Δ ρ/P(l的非常大的值，(Δ ρ = Ph-Pci = Ph是在外部磁場H下的電阻率，Ptl是在 外部磁場為零的情況下的電阻率))；(2)與霍爾傳感器相比，GMR傳感器的電阻值隨溫度的變化更??；以及(3)由于具有巨磁電阻效應(yīng)的材料是薄膜材料，因此GMR傳感器適于微細(xì)加工 (microfabrication) 0因此，期望將GMR傳感器用作在包括計算機(jī)、電力、汽車、家用電器設(shè)備和便攜式 設(shè)備的應(yīng)用中的高靈敏度磁微傳感器。顯示出GMR效應(yīng)的已知材料包括金屬人工晶格(artificiallattice)，該金屬人 工晶格由包括鐵磁性層(如坡莫合金)和非磁性層(如Cu、Ag或Au)的多層膜，或者具有 由反鐵磁性層、鐵磁性層(固定層)、非磁性層和鐵磁性層(自由層)的四層結(jié)構(gòu)的多層膜 (所謂的“自旋閥”)構(gòu)成；金屬/金屬類納米顆粒材料，該金屬/金屬類納米顆粒材料包括 鐵磁性金屬(如坡莫合金)的納米尺寸的微粒和由非磁性金屬(如Cu、Ag或Au)構(gòu)成的晶 界相(grainboundary phase)；隧道結(jié)膜(tunnel junction films)，其中 MR(磁電阻)效 應(yīng)由自旋相關(guān)的隧道效應(yīng)產(chǎn)生；以及金屬/絕緣體類納米顆粒材料，該金屬/絕緣體類納米 顆粒材料包括納米尺寸的鐵磁性金屬合金微粒和由非磁性絕緣材料構(gòu)成的絕緣基質(zhì)。在這些材料中，由自旋閥為代表的多層膜通常特征在于在低強(qiáng)度磁場中具有高靈 敏度。然而，由于需要以高精度層疊各種材料的薄膜，因此多層膜具有差的穩(wěn)定性和低的產(chǎn) 量，在降低生產(chǎn)成本方面存在限制。因此，這種多層膜僅用于具有高附加值的裝置(如硬盤 用磁頭)，并且認(rèn)為難以將此類多層膜應(yīng)用于遭遇與具有低單價的AMR傳感器或霍爾傳感 器在成本上競爭的磁傳感器。此外，該多層膜易于在層間產(chǎn)生擴(kuò)散，并且易于使GMR效應(yīng)消 失。因此，該多層膜具有其耐熱性差的嚴(yán)重缺陷。
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另一方面，納米顆粒材料通常易于生產(chǎn)，并且具有令人滿意的再現(xiàn)性。因此，當(dāng)將 納米顆粒材料應(yīng)用于磁傳感器時，能夠獲得磁傳感器的成本降低。特別地，金屬/絕緣體類 納米顆粒材料具有例如以下優(yōu)點(1)當(dāng)使所述材料的組成最優(yōu)化時，在室溫下所述材料顯示超過10%的高M(jìn)R比；(2)所述材料具有極其高的電阻率P，因此可以同時使磁傳感器微型化和電功率 消耗降低；以及(3)與包括具有不良耐熱性的反鐵磁性膜的自旋閥膜不同，所述材料甚至可以在 高溫環(huán)境下使用。然而，金屬/絕緣體類納米顆粒材料具有在低強(qiáng)度磁場中其磁場靈敏度顯著低的 問題。因此，已采用其中將軟磁性薄膜配置在巨磁電阻薄膜的各端，從而提高巨磁電阻薄膜 的磁場靈敏度的技術(shù)。迄今為止，已提出關(guān)于此類金屬/絕緣體類納米顆粒材料和關(guān)于采用該材料的薄 膜磁傳感器的各種提議。例如，JP-A-2001-094175公開了高電阻率磁電阻膜，其具有包括絕緣體基質(zhì)和分 散于其中的納米尺寸磁性顆粒的結(jié)構(gòu)并具有Fe26Co12Mg18F44的組成。該文獻(xiàn)包括對于通過將納米尺寸的磁性顆粒分散于由氟化物構(gòu)成的絕緣基質(zhì)中 獲得高電阻率的效果的說明。JP-A-2003-258333公開了一種磁電阻膜，其具有包括絕緣體基質(zhì)和分散于其中的 納米尺寸磁性顆粒的結(jié)構(gòu)并具有組成(Fea6C0a4)41Mg21Fe38tj該文獻(xiàn)包括對于具有此組成的磁電阻膜具有12. 3%的MR比和-260ppm/°C的MR 比的溫度系數(shù)的效果的陳述。此外，JP-A-2004-063592公開了采用FeCoB作為自由磁化層 (free-magnetization layer)的多層型磁電阻效應(yīng)器件，盡管該材料不是金屬/絕緣體類 納米顆粒材料。該文獻(xiàn)包括對于反向磁場能夠通過使用FeCoB作為自由磁化層而增大的效果的 陳述。

發(fā)明內(nèi)容
存在金屬/絕緣體類納米顆粒材料當(dāng)用于各種用途時加熱的情況。例如，在包括 由金屬/絕緣體類納米顆粒材料制成的巨磁電阻薄膜和由軟磁性薄膜制成并配置在該磁 電阻薄膜的各端的磁軛的磁傳感器的情況下，為了改進(jìn)磁軛的磁性質(zhì)，進(jìn)行熱處理。然而，在加熱時金屬/絕緣體類納米顆粒材料的電阻率顯著增大。存在當(dāng)電阻率 由于熱而過度增大時，所述材料將不產(chǎn)生磁電阻效應(yīng)的問題。存在生產(chǎn)磁傳感器時將多個磁電阻效應(yīng)器件用于配置橋接電路的情況。因此，當(dāng) 磁電阻效應(yīng)器件由熱處理導(dǎo)致電阻率的增大彼此顯著不同時，這引起該器件的輸出功率不 同，導(dǎo)致磁探測精度下降的問題。本發(fā)明的目的在于提供金屬/絕緣體類納米顆粒材料及采用該材料的薄膜磁傳 感器，所述金屬/絕緣體類納米顆粒材料即使當(dāng)加熱時，也顯示出相對小的電阻率的增大， 該電阻率均一地增大。
即，本發(fā)明提供以下項目1至5。1. 一種金屬/絕緣體類納米顆粒材料，其包括具有由式(1)表示的組成的鐵磁性顆粒(Fe1^xCox) 100_z (B1^ySiy)z (1)其中x、y禾Π ζ各自滿足0彡χ彡1、0彡y彡1和0 < ζ彡20 ；和包含Mg-F化合物的絕緣基質(zhì)，填充所述絕緣基質(zhì)以圍繞所述鐵磁性顆粒。2.根據(jù)項目1所述的金屬/絕緣體類納米顆粒材料，其中ζ滿足5 < ζ < 20。3.根據(jù)項目1所述的金屬/絕緣體類納米顆粒材料，其中ζ滿足7 < ζ < 15。4.根據(jù)項目1至3任一項所述的金屬/絕緣體類納米顆粒材料，其中y為0。5. 一種薄膜磁傳感器，其采用根據(jù)項目1-4任一項所述的金屬/絕緣體類納米顆 粒材料。當(dāng)將給定量的硼和/或硅添加至(Mg-F)-FeCo納米顆粒材料中時，所述納米顆粒 材料將具有相對小的通過加熱電阻率的增大。這帶來電阻率增大的均一化。認(rèn)為該效果由 于硼和/或硅抑制FeCo鐵磁性顆粒在加熱期間生長而產(chǎn)生。


圖1是顯示MgF2-(Fea6Coa 4)1QQ_ZBZ(0 ^ ζ ^ 20)納米顆粒材料中熱處理溫度與MR 比(施加的磁場=4[k0e])之間關(guān)系的圖。圖2是顯示MgF2-(Fea6Coa 4)1QQ_ZBZ (O ^ ζ ^ 20)納米顆粒材料中熱處理溫度與電 阻值變化率之間關(guān)系的圖。圖3是顯示MgF2- (Fe0.6Co0.4) 100_ZBZ (O ^ ζ ^ 20)納米顆粒材料中硼量ζ (原子％ ) 和FeCo顆粒的平均粒徑變化率之間關(guān)系的圖。圖4是顯示MgF2-(Fe(1.6CO(1.4)1(1Q_zSiz(0 ^ ζ ^ 20)納米顆粒材料中熱處理溫度與 MR比(施加的磁場=4[k0e])之間關(guān)系的圖。圖5是顯示MgF2-(Fe(1.6CO(1.4)1(1Q_zSiz(0 ^ ζ ^ 20)納米顆粒材料中熱處理溫度與 電阻值變化率之間關(guān)系的圖。圖6是顯示MgF2-(Fea6Coa4) 100_zSiz (O ^ ζ ^ 20)納米顆粒材料中硅量ζ (原子％ ) 和FeCo顆粒的平均粒徑變化率之間關(guān)系的圖。圖7是顯示MgF2-(Fea6Coa4)9c^BltlSiz, (O彡ζ’彡10)納米顆粒材料中熱處理溫 度與MR比(施加的磁場=4[k0e])之間關(guān)系的圖。圖8是顯示MgF2-(Fe。.6Co。.4)9。_z’ B10Siz, (O彡ζ’彡10)納米顆粒材料中熱處理溫 度與電阻值變化率之間關(guān)系的圖。圖9是顯示MgF2-(Fea6Coa4)9Q_Z,BltlSiz, (O彡ζ，彡10)納米顆粒材料中硅量ζ，(原 子％ )與FeCo顆粒的平均粒徑變化率之間關(guān)系的圖。
具體實施例方式以下詳細(xì)說明本發(fā)明的一個實施方案。1.金屬/絕緣體類納米顆粒材料根據(jù)本發(fā)明的金屬/絕緣體類納米顆粒材料包括鐵磁性顆粒和絕緣基質(zhì)。
1. 1.鐵磁性顆粒本發(fā)明中的鐵磁性顆粒由作為基材的Fe-Co合金和添加至其中的給定量的硼和/ 或硅構(gòu)成。具體地，所述鐵磁性顆粒具有由下式(1)表示的組成(Fe1^xCox) 100_z (B1^ySiy)z (1)其中x、y禾Π ζ各自滿足O彡χ彡1、0彡y彡1和O < ζ彡20。在式(1)中，χ表示在鐵磁性顆粒中包含的鈷相對于鐵和鈷的原子比。鐵磁性顆 ?？梢詾閮H包括鐵或僅包括鈷的鐵磁性顆粒，或者可以由Fe-Co合金構(gòu)成。從獲得高M(jìn)R比 的觀點，優(yōu)選χ為O以上至不大于0.9。在式(1)中，y表示在鐵磁性顆粒中包含的硅相對于硼和硅的原子比。鐵磁性顆粒 可以為僅包含硼或僅包含硅的鐵磁性顆粒，或者可以為包含硼和硅二者的鐵磁性顆粒。硼 和硅各自具有抑制電阻率通過熱處理而增大的功能。特別地，硼在抑制電阻率增大方面比 硅更有效，因此，即使當(dāng)少量添加時也能夠產(chǎn)生大的效果。從以小的添加量獲得大的效果的 觀點，優(yōu)選y為0.5以下。y的值更優(yōu)選0.3以下，甚至更優(yōu)選O。在式(1)中，ζ表示在鐵磁性顆粒中包含的硼和硅的總量(原子％)。通過將硼和 /或硅添加至Fe-Co鐵磁性顆粒中，能夠抑制電阻率通過熱處理而增大。ζ的值更優(yōu)選5原 子％以上，甚至更優(yōu)選7原子％以上。另一方面。在ζ值過度大的情況下，MR比下降。因此，ζ必須為20原子％以下。ζ 值更優(yōu)選15原子％以下。硼和硅具有小的原子半徑，因此易于滲入鐵磁性顆粒和絕緣基質(zhì)之間的間隙中。 認(rèn)為硼或硅的添加抑制鐵磁性顆粒生長的原因是這些元素滲透穿過鐵磁性顆粒和絕緣基 質(zhì)之間的界面，從而防止鐵磁性顆粒聚集在一起。除了硼和硅之外，具有與硼和硅相同功能 的元素的實例包括C、Al和P。為了抑制鐵磁性顆粒的生長，代替具有小的原子半徑的元素，可以使不太容易通 過熱處理而擴(kuò)散的元素存在于鐵磁性顆粒的表面上。當(dāng)更小擴(kuò)散性的元素存在于鐵磁性顆 粒的表面上時，鐵磁性顆粒不太易于在絕緣基質(zhì)中移動，并防止鐵磁性顆粒聚集在一起。具 有此功能的元素的實例包括Ti、V、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta和W。1. 2.絕緣基質(zhì)填充絕緣基質(zhì)以圍繞鐵磁性顆粒。換言之，將鐵磁性顆粒分散于絕緣基質(zhì)中。在 本發(fā)明中，絕緣基質(zhì)由Mg-F化合物構(gòu)成。氟化鎂的化學(xué)計量組成為Mg F=I 2。然而，存在以下情況通過濺射來沉 積氟化鎂膜導(dǎo)致與化學(xué)計量組成不同的組成。在本發(fā)明中，術(shù)語“Mg-F化合物”包括具有化 學(xué)計量組成的氟化鎂和具有與化學(xué)計量組成不同的組成的氟化鎂二者。此外，當(dāng)在本發(fā)明中使用化學(xué)式“MgF2”時，除非另有說明，不僅包括具有化學(xué)計量 組成的氟化鎂，還包括具有與化學(xué)計量組成不同的組成的氟化鎂。絕緣基質(zhì)的量影響金屬/絕緣體類納米顆粒材料的性質(zhì)。通常，當(dāng)絕緣基質(zhì)的量 過小時，鐵磁性顆粒彼此接觸，不能獲得磁電阻隧道效應(yīng)。因此，優(yōu)選絕緣基質(zhì)的量為40原 子％以上。另一方面，在絕緣基質(zhì)的量過大的情況下，電阻率顯著增大，使其難以探測作為電 流變化的磁場變化。因此，絕緣基質(zhì)的量優(yōu)選70原子％以下。
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2.金屬/絕緣體類納米顆粒材料的生產(chǎn)方法根據(jù)本發(fā)明的金屬/絕緣體類納米顆粒材料能夠通過在適當(dāng)?shù)幕迳闲纬删哂?上述組成的金屬/絕緣體類納米顆粒材料的薄膜來生產(chǎn)。薄膜的形成方法不特別限定，能夠根據(jù)目的使用各種方法。薄膜的形成方法的實例包括(1)其中將由包括鐵、鈷等的金屬圓板和放置于所述圓板上的氟化鎂片(chip)組 成的復(fù)合靶用于進(jìn)行濺射的方法；和(2)其中將包括鐵、鈷等的金屬靶和氟化鎂靶同時用于進(jìn)行濺射的方法。3.薄膜磁傳感器根據(jù)本發(fā)明的薄膜磁傳感器采用根據(jù)本發(fā)明的金屬/絕緣體類納米顆粒材料。在將金屬/絕緣體類納米顆粒材料的薄膜(GMR膜)用作磁傳感器的情況下，可以 將配線(wiring lines)分別連接至GMR膜的兩端以直接探測電流。可選地，可以將一對由 軟磁性材料構(gòu)成的磁軛配置在GMR膜的兩端以通過磁軛探測電流。特別地，當(dāng)將一對由軟 磁性材料構(gòu)成的磁軛配置在GMR膜的兩端時，能夠改進(jìn)低強(qiáng)度磁場中的磁靈敏度。此類軟磁性材料的實例包括40-90%鎳和鐵的合金、Fe74Si9Al17, Fe12Ni82Nb6, Co88Nb6Zr6 無定形合金、(Co94Fe6)70Si15B15 無定形合金、Fe75.6Si13.2B8.5NbL9Cu0.8、Fe83Hf6C11, Fe85Zr10B5 合金、Fe93Si3N4 合金、Fe71B11N18 合金、Fe71. SNda6Oiai 納米顆粒合金、Co7ciAIiqO2q 納米 顆粒合金和Co65Fe5AliciO2ci合金。在包括金屬/絕緣體類納米顆粒材料的GMR膜和一對由軟磁性材料構(gòu)成并配置在 該膜的兩端的磁軛的薄膜磁傳感器的情況下，為了改進(jìn)磁軛的磁性質(zhì)，通常在磁軛形成之 后進(jìn)行熱處理。通常，熱處理溫度越高，磁軛的性質(zhì)改進(jìn)越多，從而得到高的MR比。同時， 在熱處理溫度過高的情況下，GMR膜的電阻率變得非常高，導(dǎo)致MR比下降而不是增大。最佳熱處理溫度根據(jù)磁軛的組成、所需性質(zhì)等而變化。通常，熱處理溫度為 150-300 "C。最佳熱處理時間根據(jù)熱處理溫度選擇。通常，熱處理溫度越高，用于改進(jìn)磁性質(zhì)所 需時間越短。熱處理時間通常為0.5-2小時。4.金屬/絕緣體類納米顆粒材料和薄膜磁傳感器的作用通常，當(dāng)金屬/絕緣體類納米顆粒材料的薄膜暴露于熱時，薄膜的電阻率增大。認(rèn) 為這是因為鐵磁性顆粒由于熱而生長和由此顆粒間空隙增大。鐵磁性顆粒的過度生長是薄 膜的電阻率明顯增大的原因。此外，鐵磁性顆粒的不均一生長是薄膜電阻率的增大不均一 化的原因。相反，當(dāng)將給定量的硼和/或硅添加至氟化鎂/FeCo納米顆粒材料中時，該材料具 有相對小的加熱后的電阻率增大。此外，該添加帶來電阻率增大的均一化。認(rèn)為這是由于 硼和/或硅抑制FeCo鐵磁性顆粒在加熱期間生長。實施例(實施例1至3和比較例1)1.樣品的生產(chǎn)在基板上形成由金屬/絕緣體類納米顆粒材料構(gòu)成的巨磁電阻薄膜(GMR膜)。其 后將GRM膜熱處理。使用150-450°C的熱處理溫度。
作為GMR膜，使用由MgF2-(Fea6Coa4) 100_ZBZ納米顆粒材料制成的GMR膜。使用以下 ζ值0原子％ (比較例1)、5原子％ (實施例1)、10原子％ (實施例2)和20原子％ (實 施例3)。GMR膜具有200nm至1，OOOnm的厚度。2.試驗方法2. 1.磁性質(zhì)測定GMR膜的MR比(施加的磁場=4 [kOe]。在熱處理之前和之后，測定GMR膜的 MR比。2. 2.平均粒徑通過使用朗之萬函數(shù)(Langevin' s function)和用對數(shù)歸一化的分布函數(shù)擬合 GRM膜的磁化曲線測定在各GRM膜中的FeCo鐵磁性顆粒的平均粒徑。該方法的細(xì)節(jié)在以 下論文中描述:K. Yakushi ji, S. Mitani, K. Takanashi, J. -G. Ha and H. Fujimori, J. Magn. Magn. Mater.，212，(2000)，75-81，此處將其引入以作參考。3.結(jié)果在圖1，顯示MgF2-(Fea6Cotl. 4)1QQ_ZBZ(0 ^ ζ ^ 20)納米顆粒材料中熱處理溫度與MR 比(施加的磁場=4[k0e])之間的關(guān)系。從圖1中可以確定以下(1)不含硼的樣品經(jīng)過350°C熱處理開始具有0的MR比，而含硼的樣品即使在 350°C熱處理后也顯示高的MR比；(2)具有硼添加量為20原子％的樣品的MR比降低；以及(3)從獲得高M(jìn)R比的觀點，硼添加量優(yōu)選5-20原子％、更優(yōu)選7_15原子％。在圖2中，顯示MgF2-(Fea6COQ.4)1QQ_ZBZ(0 ^ ζ ^ 20)納米顆粒材料中熱處理溫度與 電阻值變化率之間的關(guān)系。此處的術(shù)語“電阻值變化率”是指在熱處理溫度TCC )下進(jìn)行 熱處理后測量的零場電阻值(zero-field resistance) (RtlCTC ))與在膜沉積后即刻(成 膜狀態(tài)(as deposited))測量的零場電阻值(Rtl(成膜狀態(tài)(as depo)))的比(即，該比為 RciCTCVRq(成膜狀態(tài)))。從圖2中可以看出，不含硼的樣品在熱處理的情況下顯示大的電阻值變化率，而 含硼樣品的電阻值變化率降低。在圖3中，顯示MgF2-(Fe0.6Co0.4)100_zBz(0 ^ ζ ^ 20)納米顆粒材料中硼量ζ (原 子％ )和FeCo顆粒的平均粒徑變化率之間的關(guān)系。此處的術(shù)語“平均粒徑變化率”是指通過將在250°C熱處理后測量的平均粒徑 (d(250°C ))除以在膜沉積后即刻(成膜狀態(tài)(asdeposited))測量的平均粒徑(d(成膜狀 態(tài)(as depo)))獲得的值(即，該值為d(250°C)/d(成膜狀態(tài)))。從圖3中可以看出以下(1)雖然FeCo鐵磁性顆粒的平均粒徑通過熱處理而增大，但是硼的添加抑制平均 粒徑通過熱處理而增大。(2)從抑制平均粒徑通過熱處理而增大的觀點，硼添加量優(yōu)選5-20原子％、更優(yōu) 選7-15原子％。從以上給出的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)，通過將給定量的硼添加至FeCo鐵磁性顆粒，可以抑制 電阻值通過熱處理而增大，同時維持高M(jìn)R比。
(實施例4_6)1.樣品的生產(chǎn)除了添加硅代替硼之外，以與實施例1相同的方式生產(chǎn)由MgF2-(Fea6Coa4)1QQ_zSiz 納米顆粒材料構(gòu)成的GMR膜。硅添加量為6原子％ (實施例4)、10原子％ (實施例5)或 20原子％ (實施例6)。還測試其中硅添加量為O原子％的樣品(比較例1)。2.試驗方法以與實施例1中相同的方式測定各GMR膜的磁性質(zhì)和FeCo鐵磁性顆粒的平均粒 徑。3.結(jié)果在圖4，顯示MgF2-(Fea6Coa4)1QQ_zSiz (O ^ ζ ^ 20)納米顆粒材料中熱處理溫度與 MR比(施加的磁場=4[k0e])之間的關(guān)系。從圖4中可以確定以下(1)具有硅添加量為20原子％的樣品的MR比降低；以及(2)從獲得高M(jìn)R比的觀點，硅添加量優(yōu)選0-15原子％。在圖5中，顯示MgF2-(Fea6Coa4)1QQ_zSiz (O ^ ζ ^ 20)納米顆粒材料中熱處理溫度 與電阻值變化率之間的關(guān)系。從圖5中可以看出，硅的添加降低電阻值變化率。在圖6中，顯示MgF2-(Fea6Coa4)1QQ_zSiz(O ^ ζ ^ 20)納米顆粒材料中硅量ζ (原 子％ )和Fe Co顆粒的平均粒徑變化率之間的關(guān)系。從圖6中可以看出以下(1)硅的添加抑制FeCo鐵磁性顆粒的平均粒徑通過熱處理而增大；(2)從抑制平均粒徑通過熱處理而增大的觀點，硅的添加量優(yōu)選為5-20原子％、 更優(yōu)選7-15原子％。(3)當(dāng)相對于相同添加量來比較FeCo鐵磁性顆粒的平均粒徑變化率時，可以看出 硼的添加量小于硅的添加量(硼在抑制顆粒生長方面是更有效的)。從以上給出的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)，通過將給定量的硅添加至FeCo鐵磁性顆粒，可以抑制 電阻值通過熱處理而增大，同時維持高M(jìn)R比。(實施例7和8)1.樣品的生產(chǎn)除了添加硼和硅二者代替單一硼之外，以與實施例1相同的方式生產(chǎn)由 MgF2-(Fe0.6Co0.4)90_z, B10Siz,納米顆粒材料構(gòu)成的GMR膜。硅的添加量為6原子％ (實施例 7)或10原子％ (實施例8)。還測試其中在僅添加硼的膜中顯示最令人滿意的性質(zhì)的具有 硼添加量為10原子％的61 膜(實施例2)和既不含硼也不含硅的GMR膜(比較例1)。2.試驗方法以與實施例1中相同的方式測定各GMR膜的磁性質(zhì)和FeCo鐵磁性顆粒的平均粒 徑。3.結(jié)果在圖7，顯示MgF2-(Fea6Coa4)9。_z’ B10Siz, (O彡ζ’彡10)納米顆粒材料中熱處理溫 度與MR比(施加的磁場=4[k0e])之間的關(guān)系。
從圖7中可以看出以下(1)硅添加量越大，MR比越低；和(2)實施例7和8的樣品顯示在高達(dá)250°C的溫度下與既不含硼也不含硅的樣品 (比較例1)基本相同的MR比，以及顯示比比較例1更高的在350°C下的MR比。在圖8中，顯示MgF2-(Fe。.6Co。.4)9。_z’B10Siz, (0彡ζ，彡10)納米顆粒材料中熱處理 溫度與電阻值變化率之間的關(guān)系。從圖8中可以看出以下(1)硅添加量越大，電阻值變化率越大；和(2)與既不含硼也不含硅的樣品(比較例1)相比，各樣品顯示更小的電阻值變化率。在圖9 中，顯示MgF2-(Fe0.6Co0.4)90_z’B10Siz’ ( = MgF2-(Fea6Coa4) 100_(10+z’) (B1^zvaotz0) SiZ'/(io+z'))io+z') (0彡ζ’彡10)納米顆粒材料中硅量ζ’ (原子％ )和FeCo顆粒的平均粒 徑變化率之間的關(guān)系。從圖9中可以看出以下(1)硅添加量越大，通過熱處理FeCo鐵磁性顆粒的平均粒徑變化率越大；(2)與既不含硼也不含硅的樣品(比較例1)相比，各樣品顯示更小的平均粒徑變 化率，即，各樣品優(yōu)于比較例1，在比較例1中變化率為1. 39倍；和(3)y( = z’(10+z’))的值優(yōu)選0. 5以下、更優(yōu)選0. 3以下、甚至更優(yōu)選O。從以上給出的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)，通過將給定量的硼和硅組合添加至FeCo鐵磁性顆粒， 可以抑制電阻值通過熱處理而增大，同時維持高M(jìn)R比。雖然已詳細(xì)地描述了本發(fā)明的實施方案，但是本發(fā)明不應(yīng)以任何方式解釋為限定 于所述實施方案，其中能夠進(jìn)行各種修改而不脫離本發(fā)明的精神。根據(jù)本發(fā)明的金屬/絕緣體類納米顆粒材料可以用作磁傳感器、磁性存儲器、磁 頭等的材料。根據(jù)本發(fā)明的薄膜磁傳感器可以用于檢測汽車車軸、旋轉(zhuǎn)編碼器或工業(yè)齒輪等的 轉(zhuǎn)動信息，用于檢測液壓缸/氣壓缸的沖程位置或機(jī)床的滑塊等的位置/速度信息，以及用 于檢測如工業(yè)焊接機(jī)器人的電弧電流等的電流信息，還用于包括地磁方位羅盤的其它用途 中。本申請基于2009年5月20日提交的日本專利申請2009-122492，此處將其內(nèi)容引 入以作參考。
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權(quán)利要求
一種金屬/絕緣體類納米顆粒材料，其包括具有由式(1)表示的組成的鐵磁性顆粒(Fe1 xCox)100 z(B1 ySiy)z(1)其中X、y和z各自滿足0≤X≤1、0≤y≤1和0＜z≤20；和包含Mg F化合物的絕緣基質(zhì)，填充所述絕緣基質(zhì)以圍繞所述鐵磁性顆粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬/絕緣體類納米顆粒材料，其中ζ滿足5彡ζ< 20。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬/絕緣體類納米顆粒材料，其中ζ滿足7< ζ < 15。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述的金屬/絕緣體類納米顆粒材料，其中y為0。
5.一種薄膜磁傳感器，其采用根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的金屬/絕緣體類納米顆 粒材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及金屬/絕緣體類納米顆粒材料和薄膜磁傳感器。本發(fā)明提供一種金屬/絕緣體類納米顆粒材料，其包括具有由式(1)表示的組成的鐵磁性顆粒(Fe1-xCox)100-z(B1-ySiy)z(1)其中x、y和z各自滿足0≤x≤1、0≤y≤1和0＜z≤20；和由Mg-F化合物構(gòu)成的絕緣基質(zhì)，填充所述絕緣基質(zhì)以圍繞所述鐵磁性顆粒。
文檔編號H01F10/10GK101894647SQ201010179680
公開日2010年11月24日 申請日期2010年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月20日
發(fā)明者小山惠史, 蟹江三次, 長田誠一 申請人:大同特殊鋼株式會社