磁阻元件、磁阻元件的制备方法以及磁传感装置与流程

本发明涉及磁传感器，尤其涉及一种磁阻元件、磁阻元件的制备方法以及磁传感装置。

背景技术：

1、常见的隧道磁电阻（tunnel magnetoresistance，tmr）线性传感器通常采用cofeb/mgo/cofeb体系，以获得高的tmr比率，从而提高传感器的灵敏度。但是由于cofeb具有较大的剩磁，将会导致其具有较大的磁滞。常见的改善传感器线性度的方法是使得参考层与自由层磁化方向垂直，通常有两种方案：通过大长宽比的设计利用形状各向异性旋转自由层磁化方向；在自由层上耦合反铁磁层，利用弱钉扎效应固定自由层磁化方向。但是其改善效果有限，虽然能满足一定的需求，但仍然具有相当的剩磁。进一步改善线性度的方案为改善自由层结构，常见方法有减薄自由层厚度使其具有超顺磁效应，这虽然改善了磁滞，但也极大地降低了传感器的灵敏度；另一种方法为复合自由层，即在cofeb自由层上复合一层软磁材料，如nife，但是nife会影响cofeb的结晶，从而影响传感器的灵敏度。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种磁阻元件、磁阻元件的制备方法以及磁传感装置，旨在解决现有技术中通过减薄自由层厚度或在自由层上复合软磁材料来改善传感器线性度，虽然能在一定程度上改善磁滞，但会影响传感器灵敏度的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提出一种磁阻元件，所述磁阻元件具备：

3、第一元件部，其包含一个以上的第一单位元件；以及

4、第二元件部，其包含一个以上的第二单位元件；

5、所述第一元件部和所述第二元件部串联连接；

6、所述第一单位元件包括：

7、第一参考层，其具有第一膜面，其被磁化固定在所述第一膜面的面内方向上的第一方向；

8、第一自由层，其形状呈椭圆形，其长轴平行于所述第一方向，其短轴垂直于所述第一方向，其长轴与短轴的比值为1~2，其具有预设涡旋态磁畴；

9、所述第二单位元件包括：

10、第二参考层，其具有与所述第一膜面平行的第二膜面，其被磁化固定在所述第二膜面的面内方向上的第二方向，所述第二方向与所述第一方向相反；

11、第二自由层，其形状呈椭圆形，其长轴平行于所述第二方向，其短轴垂直于所述第二方向，其长轴与短轴的比值为1~2，其具有所述预设涡旋态磁畴。

12、可选的，所述第一方向平行于所述第一膜面的易磁化方向。

13、可选的，所述第一自由层及所述第二自由层的厚度为30~200nm；

14、所述第一自由层及所述第二自由层中长轴的长度为1~20μm。

15、可选地，所述预设涡旋态磁畴包括涡旋-反涡旋-涡旋态磁畴；

16、所述第一自由层的磁畴绕与所述第一膜面垂直的轴形成两个第一涡核，使得所述第一自由层形成涡旋-反涡旋-涡旋态磁畴，所述第一自由层的磁畴在所述第一涡核处呈涡旋状态，所述第一自由层的磁畴在所述第一涡核之间呈反涡旋状态；

17、所述第二自由层的磁畴绕与所述第二膜面垂直的轴形成两个第二涡核，使得所述第二自由层形成涡旋-反涡旋-涡旋态磁畴，所述第二自由层的磁畴在所述第二涡核处呈涡旋状态，所述第二自由层的磁畴在所述第二涡核之间呈反涡旋状态。

18、可选地，所述第一单位元件还包括第一绝缘层，所述第一自由层、所述第一绝缘层以及所述第一参考层由上至下依次层叠设置，所述第一绝缘层、所述第一参考层与所述第一自由层的形状相同；

19、所述第二单位元件还包括第二绝缘层，所述第二自由层、所述第二绝缘层以及所述第二参考层由上至下依次层叠设置，所述第二绝缘层、所述第二参考层与所述第二自由层的形状相同。

20、可选地，所述第一自由层中远离所述第一绝缘层的一侧依次设置有相互接触的第一铁磁层和第一软磁层；

21、所述第二自由层中远离所述第二绝缘层的一侧依次设置有相互接触的第二铁磁层和第二软磁层；

22、所述第一软磁层与所述第二软磁层由坡莫合金、非晶合金或微晶合金构成。

23、可选地，所述第一软磁层与所述软磁层由co、fe、ni、al、ga、si、b、cu、mo中的多种元素组成。

24、可选地，所述第一软磁层与所述第二软磁层为cofesib、cofeal、nifesi以及cofecumo中的至少一种。

25、为实现上述目的，本发明还提出一种磁阻元件的制备方法，包括：

26、提供一基底；

27、在所述基底上沉积形成磁堆叠，以第一方向或第二方向对所述磁堆叠进行磁场退火，经流片后形成上述的磁阻元件；所述磁阻元件包括包含有一个以上第一单位元件的第一元件部以及包含有一个以上第二单位元件的第二元件部，所述第一单位元件的磁化方向为所述第一方向，所述第二单位元件的磁化方向为所述第二方向；

28、所述磁场退火包括：

29、在320~400℃下进行第一次磁场退火40~80min；

30、在200~270℃下进行第二次磁场退火40~80min；

31、在150~200℃下进行第三次磁场退火15~40min。

32、可选的，所述磁堆叠包括第一磁堆叠与第二磁堆叠，所述在所述基底上沉积形成磁堆叠，以第一方向或第二方向对所述磁堆叠进行磁场退火，经流片后形成所述磁阻元件，包括：

33、根据预设材质与预设厚度在所述基底上沉积形成第一磁堆叠与第二磁堆叠；

34、以所述第一方向对所述第一磁堆叠进行磁场退火，经流片后以第三方向进行配置，得到第一元件部；

35、以所述第一方向对所述第二磁堆叠进行磁场退火，经流片后以第四方向进行配置，得到第二元件部，所述第四方向与第三方向相反。

36、为实现上述目的，本发明还提出一种磁传感装置，所述磁传感装置包括磁阻元件；

37、所述磁阻元件为上述磁阻元件，或采用上述制备方法制得的磁阻元件。

38、在本发明中，磁阻元件包括第一元件部与第二元件部，第一元件部和第二元件部串联连接，第一元件部包含一个以上的第一单位元件，第二元件部包含一个以上的第二单位元件，第一单位元件包括第一参考层与第一自由层，第二单位元件包括第二参考层与第二自由层。第一自由层与第二自由层呈椭圆形，长轴与短轴的比值为1~2，长轴的长度为1~20μm，厚度为30~200nm，且被磁化形成涡旋-反涡旋-涡旋态磁畴。本发明采用椭圆形自由层，并采用低长宽比，适当减小结区轴长，同时增加自由层厚度，使得第一自由层与第二自由层的磁畴呈涡旋-反涡旋-涡旋态，相较于正圆形自由层呈现的单涡旋态，能够实现更高的灵敏度，相较于大长宽比自由层的多畴态，各向异性能影响极大降低，磁滞极大程度上得到抑制，此外，本发明采用坡莫合金、非晶合金或微晶合金作为自由层中的软磁层，相较于采用nife，可以进一步提高线性度，降低磁滞，同时获得更高的灵敏度。

技术特征：

1.一种磁阻元件，其特征在于，所述磁阻元件具备：

2.根据权利要求1所述的磁阻元件，其特征在于，所述第一方向平行于所述第一膜面的易磁化方向。

3.根据权利要求1所述的磁阻元件，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的磁阻元件，其特征在于，所述预设涡旋态磁畴包括涡旋-反涡旋-涡旋态磁畴；

5.根据权利要求1所述的磁阻元件，其特征在于，

6.根据权利要求5所述的磁阻元件，其特征在于，

7.根据权利要求6所述的磁阻元件，其特征在于，所述第一软磁层与所述第二软磁层为cofesib、cofeal、nifesi以及cofecumo中的一种。

8.一种磁阻元件的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述磁堆叠包括第一磁堆叠与第二磁堆叠，所述在所述基底上沉积形成磁堆叠，以第一方向或第二方向对所述磁堆叠进行磁场退火，经流片后形成所述磁阻元件，包括：

10.一种磁传感装置，其特征在于，所述磁传感装置包括磁阻元件；

技术总结
本发明涉及磁传感器技术领域，本发明公开了一种磁阻元件、磁阻元件的制备方法以及磁传感装置。该磁阻元件具备包含一个以上第一单位元件第一元件部以及包含一个以上第二单位元件的第二元件部；第一元件部和第二元件部串联连接；第一单位元件包括：被磁化固定在第一方向的第一参考层，具有预设涡旋态磁畴的第一自由层，呈椭圆形，长轴与短轴的比值为1~2；第二单位元件包括：被磁化固定在与第一方向相反的第二方向的第二参考层，具有预设涡旋态磁畴的第二自由层，呈椭圆形，长轴与短轴的比值为1~2。本发明可以降低各向异性能影响，磁滞极大程度上得到抑制，改善线性度，同时可以在有限的尺寸要求下实现更高的灵敏度。

技术研发人员：胡忠强,关蒙萌,刘明,刘佳明,苏玮,龚云翔
受保护的技术使用者：珠海多创科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11