專(zhuān)利名稱(chēng)：一種磁傳感器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁傳感器件的制造方法。
背景技術(shù)：
磁傳感器件已在無(wú)刷電機(jī)、齒輪轉(zhuǎn)速檢測(cè)、過(guò)程控制中的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)、定位開(kāi)關(guān)，汽車(chē)的安全裝置ABS，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火定時(shí)，電流電壓傳感器等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，磁傳感器件由活性層、電極及保護(hù)它們的封裝組成。其特點(diǎn)是無(wú)觸點(diǎn)傳感，可靠性高，用以檢測(cè)電流電壓，無(wú)插入損耗，且實(shí)現(xiàn)輸入和輸出信號(hào)的完全隔離、無(wú)過(guò)載損壞等，因此在磁性材料及測(cè)磁儀器的研究、地磁場(chǎng)圖的精確繪制、地質(zhì)勘探、航海、航空、航天等領(lǐng)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(dǎo)體材料，元件的尺寸較大，在亞毫米量級(jí)。又由于半導(dǎo)體材料的載流子濃度、遷移率等特征參數(shù)隨溫度變化很大，使其電阻率隨溫度變化很大，導(dǎo)致工作溫度受到限制。如果要在更寬的溫度范圍內(nèi)工作，必須組合使用多種型號(hào)的元件，導(dǎo)致其尺寸加大，也使元件成本大大增加。為克服半導(dǎo)體活性層材料體積大、成本高、制備工藝復(fù)雜等缺點(diǎn)，必須尋找一種工作溫度寬、體積小、制備簡(jiǎn)單的替代材料。磁性薄膜材料中存在反常效應(yīng)，并且這類(lèi)材料具有較高的溫度穩(wěn)定性，制備簡(jiǎn)單，能夠克服半導(dǎo)體材料工作溫度范圍窄、制備工藝復(fù)雜的缺點(diǎn)，以這類(lèi)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(jí)。但是以磁性薄膜作為磁傳感器件的活性層時(shí)也存在一些問(wèn)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(duì)于一般的磁性薄膜材料，當(dāng)厚度減小到一定臨界值以下時(shí)，材料有可能進(jìn)入超順磁態(tài)，此時(shí)磁化強(qiáng)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(dǎo)電性差，因此需要更高的輸入電壓，這在實(shí)際應(yīng)用中增加了功率損耗，降低了元件的使用壽命?？梢?jiàn)，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(jí)的情況下仍保持較高的磁性系數(shù)、較小的電阻率且具有良好的性能。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決傳統(tǒng)的半導(dǎo)體磁傳感器件體積大、工作溫度范圍窄、導(dǎo)電性差等問(wèn)題，尋找一種更加經(jīng)濟(jì)實(shí)用、能夠在更寬的磁場(chǎng)范圍內(nèi)保持線性度的磁傳感器件磁性材料，本發(fā)明提供了一種磁傳感器件的制造方法，根據(jù)該方法制得的磁傳感器件工作溫度在2K到500K(即-271。。到227 0C )范圍內(nèi)，電阻率在250 μ Ω cm到3500 μ Ω cm范圍內(nèi)。在2K到500Κ的工作溫度范圍內(nèi)，樣品的線性度小于千分之二，磁場(chǎng)線性度保持在_7k0e到7k0e范圍內(nèi)，具有性能穩(wěn)定，檢測(cè)范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明公開(kāi)的磁傳感器件的制備方法包括如下步驟:I)用光刻和掩膜的方法在基片上形成為了沉積薄膜的“十”字形圖案。圖案中心正方形的邊長(zhǎng)在0.3 1.0微米，中心正方形的四個(gè)邊上突出部分的長(zhǎng)度為0.2微米；2)采用通用的超高真空磁控濺射鍍膜機(jī)，在背底真空度小于5.0X 10_5Pa時(shí)，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 ；3)待真空度下降為1.0Pa以下，將超高真空閘板閥的開(kāi)啟度設(shè)定為20% ;在鐵靶上加以設(shè)定為475W的直流功率，在鉬靶上加以設(shè)定為50W的直流功率，預(yù)濺射5分鐘；4)打開(kāi)鐵靶、鉬靶和基片的擋板，基片以20轉(zhuǎn)/分鐘的速度勻速旋轉(zhuǎn)，控制濺射時(shí)間在0.5 20分鐘成膜；5)通過(guò)磁力轉(zhuǎn)軸將樣品送到副真空室，取出樣品，除去光刻膠；用光刻和掩膜的方法在基片上正方形Fk95Laatl5O3薄膜的四個(gè)邊的外側(cè)形成為了沉積四個(gè)電極的矩形圖案。每個(gè)電極圖案分別與正方形Fk95LaaJM^膜的四個(gè)邊有0.15微米的重疊部分。將樣品送入真空室，連續(xù)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)通過(guò)磁力轉(zhuǎn)軸將樣品送到副真空室，取出樣品，除去光刻膠；用光刻和掩膜的方法在基片上正方形Fe2.95LaaΜ03薄膜的上方形成為了沉積保護(hù)層的正方形圖案，正方形的邊長(zhǎng)在0.5 1.2微米，將Fq95Laatl5O3薄膜完全覆蓋。將樣品送入真空室制備二氧化硅保護(hù)層。二氧化硅靶采用射頻濺射，設(shè)定濺射功率為200W，濺射時(shí)間為10分鐘。
具體實(shí)施例方式為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更清楚地 理解本發(fā)明，下面通過(guò)具體實(shí)施方式
詳細(xì)描述其技術(shù)方案。下面將通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。實(shí)施例1文中單位sccm指“standard cubic centimeter per minute”，即標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)毫升 /分(1ml = Icm3)，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)為 0°C, latm。1、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(zhǎng)在1.0微米，中心正方形的四個(gè)邊上突出部分的長(zhǎng)度為
0.2微米；2、室溫下通入氬氣和氧氣。采用中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)科儀中心的DPS-1II型超高真空磁控濺射鍍膜機(jī)(自帶的計(jì)算機(jī)控制軟件)，在背底真空度小于5.0X KT5Pa時(shí)，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(shí)，利用設(shè)備自帶的計(jì)算機(jī)控制軟件，將超高真空閘板閥的開(kāi)啟度設(shè)定為20% ；3、預(yù)濺射。向純度為99.99%的鐵靶上加以設(shè)定為475W的直流功率，向純度為99.99%的鉬靶上加以設(shè)定為50W的直流功率，預(yù)濺射5分鐘；4、濺射成膜。打開(kāi)石英基片的擋板，基片以20轉(zhuǎn)/分鐘的速度勻速旋轉(zhuǎn)，控制濺射時(shí)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(guò)磁力轉(zhuǎn)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(gè)邊的外側(cè)形成為了沉積四個(gè)電極的矩形圖案。每個(gè)電極圖案分別與正方形Fk95LaaJM^膜的四個(gè)邊有0.15微米的重疊部分。將樣品送入真空室，連續(xù)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(hù)層。通過(guò)磁力轉(zhuǎn)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(hù)層的正方形圖案，正方形的邊長(zhǎng)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(hù)層。二氧化硅靶采用射頻濺射，利用計(jì)算機(jī)控制程序，設(shè)定濺射功率為200W，濺射時(shí)間為10分鐘，得到磁傳感器件。采用Dektak3表面形貌儀測(cè)量得到活性層薄膜厚度為200nm，經(jīng)過(guò)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(guó)Quantum Design公司生產(chǎn)的物理性質(zhì)測(cè)量?jī)xPPMS-9，在2K 500K的溫度范圍內(nèi)對(duì)磁傳感器件的電阻率進(jìn)行測(cè)量。結(jié)果表明，樣品的電阻率在950μ Qcm 1150 μ Ωαη范圍內(nèi)，大小和變化范圍均小于通常的半導(dǎo)體及FeN1-Si02、N1-SiO2, Co-SiO2等顆粒薄膜材料。利用美國(guó)Quantum Design公司生產(chǎn)的物理性質(zhì)測(cè)量?jī)xPPMS-9，在2K 500K的溫度范圍內(nèi)對(duì)磁傳感器件的飽和磁傳感電阻率進(jìn)行測(cè)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(wěn)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(wěn)定性越強(qiáng)，工作溫度范圍越寬。結(jié)果表明，在2K 500K的溫度范圍內(nèi)，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(guó)Quantum Design公司生產(chǎn)的物理性質(zhì)測(cè)量?jī)xPPMS-9，在_7k0e到7k0e的磁場(chǎng)范圍內(nèi)，在2K 500K的溫度范圍內(nèi)，對(duì)磁傳感器件的線性度進(jìn)行測(cè)量。傳感器的線性度表征著器件對(duì)不同磁場(chǎng)的測(cè)量精度。在_7k0e到7k0e的磁場(chǎng)范圍內(nèi)，每個(gè)溫度下測(cè)得的本磁傳感器件磁傳感電阻率與磁場(chǎng)均保持很好的線性關(guān)系。為定量表示測(cè)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(duì)誤差。在2K 500K的溫度范圍內(nèi)，樣品的線性度小于十萬(wàn)分之二。實(shí)施例21、活性層圖案的制備同實(shí)施例1步驟I ;2、室溫下通入気氣和氧氣，同實(shí)施例1步驟2 ；3、預(yù)派射同實(shí)施例1步驟3 ；4、濺射成膜。打開(kāi)石英基片的擋板，基片以20轉(zhuǎn)/分鐘的速度勻速旋轉(zhuǎn)，控制濺射時(shí)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(shí)施例1步驟5 ；6、保護(hù)層的制備方法同實(shí)施例1步驟6 ;采用Dektak3表面形貌儀測(cè)量得到活性層的厚度，結(jié)果列于表I中。利用美國(guó)Quantum Design公司生產(chǎn)的物理性質(zhì)測(cè)量?jī)xPPMS-9，在2K 500K的溫度范圍內(nèi)對(duì)磁傳感器件1、 II和III的電阻率進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果列于表I中。利用美國(guó)Quantum Design公司生產(chǎn)的物理性質(zhì)測(cè)量?jī)xPPMS-9，在2K 500K的溫度范圍內(nèi)對(duì)磁傳感器件的飽和磁傳感電阻率進(jìn)行測(cè)量,三個(gè)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(guó)Quantum Design公司生產(chǎn)的物理性質(zhì)測(cè)量?jī)xPPMS-9，在_7k0e到7k0e的磁場(chǎng)范圍內(nèi)，在2K 500K的溫度范圍內(nèi)，對(duì)磁傳感器件的線性度進(jìn)行測(cè)量。三個(gè)磁傳感器件的線性度的變化和保持線性度的磁場(chǎng)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(shù)。
權(quán)利要求
1.一種磁傳感器件的制備方法，其特征在于，該方法包括如下步驟: 1)用光刻和掩膜的方法在基片上形成為了沉積薄膜的“十”字形圖案。圖案中心正方形的邊長(zhǎng)在0.3 1.0微米，中心正方形的四個(gè)邊上突出部分的長(zhǎng)度為0.2微米； 2)采用通用的超高真空磁控濺射鍍膜機(jī)，在背底真空度小于5.0 X 10_5Pa時(shí)，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 ； 3)待真空度下降為1.0Pa以下，將超高真空閘板閥的開(kāi)啟度設(shè)定為20% ;在鐵靶上加以設(shè)定為475W的直流功率，在鉬靶上加以設(shè)定為50W的直流功率，預(yù)濺射5分鐘； 4)打開(kāi)鐵靶、鉬靶和基片的擋板，基片以20轉(zhuǎn)/分鐘的速度勻速旋轉(zhuǎn)，控制濺射時(shí)間在·0.5 20分鐘成膜； 5)通過(guò)磁力轉(zhuǎn)軸將樣品送到副真空室，取出樣品，除去光刻膠；用光刻和掩膜的方法在基片上正方形Fw95Laaci5O3薄膜的四個(gè)邊的外側(cè)形成為了沉積四個(gè)電極的矩形圖案。每個(gè)電極圖案分別與正方形Fk95Laatl5CM^膜的四個(gè)邊有0.15微米的重疊部分。將樣品送入真空室，連續(xù)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)通過(guò)磁力轉(zhuǎn)軸將樣品送到副真空室，取出樣品，除去光刻膠；用光刻和掩膜的方法在基片上正方形Fe2.95Laa(l503薄膜的上方形成為了沉積保護(hù)層的正方形圖案，正方形的邊長(zhǎng)在0.5 1.2微米，將Fq95Laatl5O3薄膜完全覆蓋。將樣品送入真空室制備二氧化硅保護(hù)層。二氧化硅靶采用射頻濺射，設(shè)定濺射功率為200W，濺射時(shí)間為10分鐘。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種磁傳感器件的制造方法，根據(jù)該方法制得的磁傳感器件工作溫度在2K到500K(即-271℃到227℃)范圍內(nèi)，電阻率在250μΩcm到3500μΩcm范圍內(nèi)。在2K到500K的工作溫度范圍內(nèi)，樣品的線性度小于千分之二，磁場(chǎng)線性度保持在-7kOe到7kOe范圍內(nèi)，具有性能穩(wěn)定，檢測(cè)范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)的半導(dǎo)體磁傳感器件體積大、工作溫度范圍窄、導(dǎo)電性差等問(wèn)題，是一種更加經(jīng)濟(jì)實(shí)用、能夠在更寬的磁場(chǎng)范圍內(nèi)保持線性度的磁傳感器件磁性材料。
文檔編號(hào)H01L43/12GK103199192SQ201310066768
公開(kāi)日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月28日
發(fā)明者張俊, 叢國(guó)芳 申請(qǐng)人:溧陽(yáng)市生產(chǎn)力促進(jìn)中心