專利名稱：產(chǎn)生磁性偏置場的多層薄膜結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種薄膜結(jié)構(gòu)，尤其是一種產(chǎn)生磁性偏置場的多層薄膜結(jié)構(gòu)，具 體地說是一種用于磁性傳感器的設(shè)計(jì)和制備中，提高磁性傳感器的精度和線性度的薄膜結(jié) 構(gòu)。
背景技術(shù)：
磁性偏置場技術(shù)在磁性傳感器的設(shè)計(jì)和制備中得到廣泛的應(yīng)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(duì)稱性等(在計(jì)算機(jī)硬盤中磁頭 的應(yīng)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(yīng)用)。在計(jì)算機(jī)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(chǎn)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(chǎn)生的偏置場的大小 可以由調(diào)解厚度和剩磁來控制。在計(jì)算機(jī)硬盤讀頭芯片部分，所述硬磁薄膜上還設(shè)置有兩 層磁性屏蔽層，所述磁性屏蔽層保護(hù)了產(chǎn)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(shè)計(jì)、制備及應(yīng)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(shù)，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(chǎn)生偏置場的方向會(huì)發(fā)生變化，從而不可恢復(fù)的改變了磁性的特性。在AMR電子羅盤芯片的應(yīng)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(dǎo)線所提供的，磁性偏置場的大小有通過電流導(dǎo)線的電流大小來設(shè)定。它的作用是，當(dāng) 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(diǎn)是不能實(shí)時(shí)給磁性傳 感器提供偏置場，否則傳感器的功耗會(huì)很大。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種產(chǎn)生磁性偏置場的多 層薄膜結(jié)構(gòu)，其能夠在受到較大外磁場干擾，并在外磁場撤掉后，所產(chǎn)生的磁性偏置場可以 恢復(fù)，從而使磁性傳感器系統(tǒng)可以正常工作，且沒有功耗方面的損失。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本實(shí)用新型提供的第一種技術(shù)方案為，所述產(chǎn)生磁性偏置 場的多層薄膜結(jié)構(gòu)，包括種子層；所述種子層上設(shè)有至少一層磁性被釘扎層與至少一層非 磁性釘扎層。所述種子層上方還設(shè)有括保護(hù)層；所述保護(hù)層與種子層間設(shè)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MnIr或MnPt。所述磁性被 釘扎層的材料包括Cc^eKCc^e、Nii^e或Co!^、Ru與( 形成的復(fù)合層。所述保護(hù)層的材 料包括iTaJt或Ti。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本實(shí)用新型提供的第二種技術(shù)方案為，所述產(chǎn)生磁性偏置 場的多層薄膜結(jié)構(gòu)，包括種子層；所述種子層上設(shè)有硬磁層；所述種子層與硬磁層形成復(fù) 合層的外周面上纏繞有電流導(dǎo)線。所述種子層上方還設(shè)有保護(hù)層，所述保護(hù)層位于硬磁層上；所述電流導(dǎo)線纏繞在種子層、硬磁層與保護(hù)層形成復(fù)合層的外周面。所述電流導(dǎo)線內(nèi)通入電流，使電流導(dǎo)線產(chǎn)生 磁場的方向與硬磁層產(chǎn)生磁性偏置場的方向相同，且電流導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場使磁性偏置場的 方向保持穩(wěn)定。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在種子層上設(shè)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(chǎn)生的磁性釘扎場使磁性被釘扎層產(chǎn)生的磁性偏置場的方向保持 穩(wěn)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(shè)置硬磁層，硬磁層 產(chǎn)生磁性偏置場，在電流導(dǎo)線內(nèi)通入電流，使電流導(dǎo)線產(chǎn)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(wěn)定，工 藝實(shí)現(xiàn)簡單，抗干擾能力強(qiáng)。

圖1為本實(shí)用新型的第一種實(shí)施方式結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型的第二種實(shí)施方式結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本實(shí)用新型的第三種實(shí)施方式結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本實(shí)用新型的第四種實(shí)施方式結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本實(shí)用新型的第五種實(shí)施方式結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本實(shí)用新型的第六種實(shí)施方式結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。如圖1 圖6所示本實(shí)用新型包括種子層1、非磁性釘扎層2、磁性被釘扎層3、 保護(hù)層4、磁性偏置場方向5、硬磁層6、電流導(dǎo)線7及電流8。如圖1所示，為采用四層結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。所述種子層1上設(shè)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(shè)置磁性被釘扎層3，所述磁性被釘扎層3上設(shè)置保護(hù)層4，所述保護(hù) 層4能夠保護(hù)磁性被釘扎層3、非磁性釘扎層2與種子層1，延長薄膜結(jié)構(gòu)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(gè)磁性釘扎場，使磁性被釘扎層3產(chǎn)生的磁性 偏置場的方向保持穩(wěn)定。所述磁性被釘扎層3產(chǎn)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(jìn)行控制。所述磁性 偏置場的方向由非磁性釘扎層2產(chǎn)生的磁性釘扎場的方向決定；所述非磁性釘扎層2產(chǎn)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(qiáng)度在5000高斯以上的場強(qiáng)下進(jìn)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(jié)構(gòu)的另一種結(jié)構(gòu)示意圖。所述種子層1上設(shè)置磁性被 釘扎層3，所述磁性被釘扎層3上依次設(shè)有非磁性釘扎層2及保護(hù)層4。所述非磁性釘扎層 2為磁性被釘扎層3提供一個(gè)磁性釘扎場，使磁性被釘扎層3產(chǎn)生的磁性偏置場的方向保持 穩(wěn)定。所述磁性被釘扎層3產(chǎn)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(jìn)行控制。所述磁性偏置場的方向由非 磁性釘扎層2產(chǎn)生的磁性釘扎場的方向決定；所述非磁性釘扎層2產(chǎn)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(qiáng) 度在5000高斯以上的場強(qiáng)下進(jìn)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(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。所述種子層1上方設(shè)有非磁性釘扎 層2，所述非磁性釘扎層2的上下兩側(cè)均設(shè)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(duì)應(yīng)的磁性被釘扎層3上設(shè)有保護(hù) 層4。如圖4所示，為采用五層結(jié)構(gòu)的另一種實(shí)施結(jié)構(gòu)示意圖。所述種子層1與保護(hù)層 4間設(shè)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(cè)。磁性被釘扎層3下方對(duì)應(yīng)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(duì)應(yīng)的非磁性釘扎層2與保護(hù)層4連接。如圖5所示，為采用若干復(fù)合結(jié)構(gòu)的示意圖。所述種子層1與保護(hù)層4間設(shè)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(chǎn)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(shù)量不同時(shí)，所述薄膜結(jié)構(gòu)產(chǎn)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(chǎn)生的磁性釘 扎場的方向決定。所述非磁性釘扎層2產(chǎn)生的磁性釘扎場的方向?qū)⒂善浠鼗鸸に嚊Q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(chǎn)生的磁性釘扎場的方向與磁性被釘扎層3產(chǎn)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(fā)生變化。當(dāng)磁性偏置場受 外界磁場干擾而發(fā)生變化后，磁性釘扎場可以把磁性偏置場的方向重新設(shè)置回來，從而使 磁性偏置場的方向保持穩(wěn)定。如圖6所示，為本實(shí)用新型的第二種技術(shù)方案的結(jié)構(gòu)示意圖。所述種子層1上設(shè) 置硬磁層6，所述硬磁層6上設(shè)置保護(hù)層4 ；所述種子層1與保護(hù)層4間的外周面上纏繞有 電流導(dǎo)線7，當(dāng)電流導(dǎo)線7內(nèi)流過電流時(shí)，電流導(dǎo)線7產(chǎn)生的磁場方向與硬磁層6產(chǎn)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(chǎn)生 磁性偏置場；保護(hù)層4的作用保護(hù)整個(gè)多層膜結(jié)構(gòu)，能夠延長所述多層膜結(jié)構(gòu)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(chǎn)生的磁性偏置場的 大小可以由調(diào)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(gè)磁場強(qiáng)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(dǎo)線7是纏繞在在種子層1與保護(hù)層 4的外周面上，電流導(dǎo)線7內(nèi)通過其電流8時(shí)，在電流導(dǎo)線7周圍產(chǎn)生一個(gè)與磁性偏置場方 向一致的一個(gè)磁場。當(dāng)外界有較大的磁場干擾磁性偏置場時(shí)，硬磁層6產(chǎn)生磁性偏置場的 方向5發(fā)生變化，在電流導(dǎo)線7內(nèi)流過電流8，電流導(dǎo)線7在電流8作用下產(chǎn)生的磁場可以 將硬磁層6的磁性偏置場的方向進(jìn)行重新設(shè)定，使硬磁層6的磁性偏置場的方向保持穩(wěn)定。 所述電流8產(chǎn)生的磁場的強(qiáng)度要高于硬磁層6的驕頑力磁場，保證能夠?qū)⒂泊艑?在外磁 場干擾下變化的磁性偏置場進(jìn)行校正，抗干擾能力強(qiáng)。當(dāng)硬磁層6的磁性偏置場方向校正 后，可以斷開電流導(dǎo)線7內(nèi)的電流，降低了多層膜的功耗，節(jié)能環(huán)保。本實(shí)用新型在種子層1上設(shè)置至少一層非磁性釘扎層2與至少一層磁性被釘扎層
53，通過非磁性釘扎層2產(chǎn)生的磁性釘扎場使磁性被釘扎層3產(chǎn)生的磁性偏置場的方向保 持穩(wěn)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(shè)置硬磁層6， 硬磁層6產(chǎn)生磁性偏置場，在電流導(dǎo)線7內(nèi)通入電流8，使電流導(dǎo)線7產(chǎn)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(wěn)定，工藝實(shí)現(xiàn)簡單，抗干擾能力強(qiáng)。
權(quán)利要求1.一種產(chǎn)生磁性偏置場的多層薄膜結(jié)構(gòu)，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(chǎn)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(wěn)定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)生磁性偏置場的多層薄膜結(jié)構(gòu)，其特征是所述種子層上 方還設(shè)有保護(hù)層；所述保護(hù)層與種子層間設(shè)置至少一層磁性被釘扎層與至少一層非磁性釘 扎層。
3.—種產(chǎn)生磁性偏置場的多層薄膜結(jié)構(gòu)，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(chǎn)生磁性偏置場； 電流導(dǎo)線，所述電流導(dǎo)線纏繞在種子層與硬磁層的復(fù)合層外周面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的產(chǎn)生磁性偏置場的多層薄膜結(jié)構(gòu)，其特征是所述種子層上 方還設(shè)有保護(hù)層，所述保護(hù)層位于硬磁層上；所述電流導(dǎo)線纏繞在種子層、硬磁層與保護(hù)層 形成復(fù)合層的外周面。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種產(chǎn)生磁性偏置場的多層薄膜結(jié)構(gòu)。其包括種子層與保護(hù)層；在種子層與保護(hù)層間可以設(shè)置至少一層磁性被釘扎層、至少一層非磁性釘扎層或是設(shè)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(wěn)定；當(dāng)種子層與保護(hù)層間設(shè)置硬磁層時(shí)，種子層與保護(hù)層的外周面上纏繞有電流導(dǎo)線，電流導(dǎo)線在通入電流時(shí)，能夠?qū)τ泊艑赢a(chǎn)生的磁性偏置場進(jìn)行校正。本實(shí)用新型能夠在受到較大外磁場干擾，并在外磁場撤掉后，所產(chǎn)生的磁性偏置場可以恢復(fù)，從而使磁性傳感器系統(tǒng)可以正常工作，且沒有功耗方面的損失。
文檔編號(hào)H01F10/12GK201820566SQ20102021738
公開日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2010年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月1日
發(fā)明者王建國, 薛松生 申請(qǐng)人:王建國, 薛松生