專利名稱：具有室溫低場(chǎng)巨磁電阻效應(yīng)的Co<sub>x</sub>C<sub>1-x</sub>/Co/Si多層結(jié)構(gòu)顆粒膜材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于信息傳感材料中的磁學(xué)量傳感器材料領(lǐng)域，特別涉及一種具有室 溫低場(chǎng)巨磁電阻效應(yīng)的xC0x/C0/Si多層結(jié)構(gòu)顆粒膜材料。
背景技術(shù)：
具有巨磁電阻效應(yīng)的多層膜材料已有不少報(bào)道，如在Inomata K， Tezuka N， 0kamura S， Kurebayashi H， Hirohata A， Journal of applied physics, 2004， 95 (11): 7234-7236.中報(bào)道的C。2Cr卜xFexAl (100 nm)/A10x (1.4 nm)/CoFe (3 nm)/NiFe (5 nm)/IrMn (15 nm)/Ta (10 nm)多層膜.該多層膜是通過磁控濺射 的方法在較高真空的條件下制備的，其室溫巨磁電阻效應(yīng)達(dá)到-19%;在Lucinski T， Hutten A, Bruckl H， Heitmann S， Hempel T， Reiss， G. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2004， 269" (1) : 78-88. 中公開的 Ni8。Fe2。/Col/CuAgAu/Co2多層膜，該多層膜是通過磁控濺射的方法在l. 5X l(T mbar的氬氣條件下制備的，其室溫下最大的磁電阻效應(yīng)值為-10%。；在Liu HR， Qu BJ, Ren TL， Liu LT， Xie HL， Li CX， Ku WJ. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2003.267 (3): 386—390,中公開的Ta/NiFe/CoFe/Cu/CoFe/IrMn/Ta 多層膜。該多層膜是通過磁控濺射的方法在高真空的條件下制備的，室溫下最大 的磁電阻效應(yīng)值為-9. 12%。本發(fā)明人在專利號(hào)ZL200410074735.5,"具有室溫 低場(chǎng)巨磁電阻效應(yīng)的C/Co/Si多層膜材料"中作了一定的描述。
上述這些磁電阻材料的飽和磁場(chǎng)在0.001 T量級(jí)，作為低磁場(chǎng)傳感器具有一 定的優(yōu)勢(shì)。但是這些材料的結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜，對(duì)制備工藝的要求比較苛刻，因此 使其大量制備受到限制。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有室溫低場(chǎng)巨磁電阻效應(yīng)的CoA-x/Co/Si多層結(jié) 構(gòu)顆粒膜材料。其特征在于首先，在晶格取向100的Si基片上沉積一層Co薄 膜，然后，在Co薄膜上面沉積一層Co,Ch薄膜。200810223238.5
說明書第2/3頁
所述Co薄膜是用純度〉99. 99%的鈷粉熱壓成的Co靶，用激光脈沖沉積方法 在真空鍍膜室內(nèi)、真空為10—"Pa量級(jí)、基片溫度為T=300K恒定值的條件下沉積 而獲得。
所述Co,Ch薄膜是先用純度〉99.99呢的碳粉和上述鈷粉按Co的含量為2 at %—20 at^的比例混合，經(jīng)過球磨，再熱壓成的ChCo,靶，用激光脈沖沉積方 法在真空鍍膜室內(nèi)、真空為l(TPa量級(jí)、基片溫度為T400K恒定值的條件下沉 積而獲得。
所述Co薄膜層厚度為2_20 nm。
所述CoXh薄膜層顆粒膜厚度為10—60 nm。
本發(fā)明的有益效果是l.采用的原材料成本低，在室溫下具有很好的巨磁電 阻效應(yīng)，效應(yīng)的大小及正負(fù)與顆粒膜中Co的含量密切相關(guān)。
2.采用激光脈沖沉積(PLD)方法，方法簡單，可控性強(qiáng)，制備效率高。
圖1為Co^VCo/Si多層結(jié)構(gòu)顆粒膜材料的結(jié)構(gòu)及其磁電阻性能測(cè)試示意圖。
圖2為所得到的CoxdVCo/Si多層結(jié)構(gòu)顆粒膜的室溫磁電阻效應(yīng)特性。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明為用激光脈沖沉積方法制備的一種具有室溫低場(chǎng)巨磁電阻效應(yīng)的 CoAVCo/Si多層結(jié)構(gòu)顆粒膜材料。具體制備方法是先將處理好的晶格取向100 的Si基片和靶材放入PLD設(shè)備的真空鍍膜室內(nèi)，用機(jī)械泵和分子泵將鍍膜室內(nèi) 的背底真空抽至5X1(T Pa后，加熱基片至卜300K，再用KrF激光器(Lambda Physics LPX205,248 nm， 25 ns FWHM)產(chǎn)生的能量為250-300 mj的脈沖轟擊Co 靶，并同時(shí)啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)靶材和基片的馬達(dá)，，開始沉積Co層薄膜；之后將基片溫度 改變?yōu)門300K，再同理沉積Co,Ch層顆粒膜。沉積結(jié)束后，樣品先慢速降溫后自 然冷卻至室溫。沉積過程中的其他工藝參數(shù)還包括靶基距為40 mm,激光束在 靶材上的束斑大小約為2X4 mm，激光重復(fù)頻率控制在l一6 Hz。實(shí)驗(yàn)中所用基 片為n型Si (100)，電阻率為0.55—0. 8 Q'cm，大小為10X5X0. 5咖。實(shí)驗(yàn)
前，將基片依次放入丙酮和酒精中加熱超聲清洗2至3遍，再用稀釋的HF酸溶 液進(jìn)行腐蝕處理。所制備的CoxdVCo/Si多層結(jié)構(gòu)顆粒膜樣品的各層膜厚由TEM (JEM-2010F)測(cè)量；形貌用SEM(JSM-6301F)和TEM觀察；磁電阻性能用四電極 法由MPMS-7型超導(dǎo)量子干涉磁強(qiáng)計(jì)(SQUID)測(cè)量。CoxC,VCo/Si多層結(jié)構(gòu)顆粒膜 樣品的Co層厚度變化值為2—20 nm; CoX卜,層顆粒膜厚度變化值為10—60 nm。 本專利僅以Co厚12 nm、 CoX卜x厚60nm、顆粒膜層Co含量為1 8 atX的 CoxdVCo/Si樣品為例，給出其磁電阻性能測(cè)試原理圖(圖1)及磁電阻性能測(cè) 量結(jié)果(圖2)。上述實(shí)施例表明，本發(fā)明具有特點(diǎn)
1.采用的原材料成本低， 一些樣品在室溫下具有高性能的低場(chǎng)正巨磁電阻 效應(yīng)，如Co8C92/Co/Si樣品，在室溫、外加磁場(chǎng)為0.01T的條件下，磁電阻變化 率可達(dá)+20.6%，另一些樣品，如Co!"/Co/Si，還存在負(fù)磁電阻效應(yīng)。此外， 顆粒膜層中Co含量不同，將導(dǎo)致CoXh/Co/Si多層結(jié)構(gòu)顆粒膜材料的磁電阻效 應(yīng)強(qiáng)度出現(xiàn)差異，磁電阻效應(yīng)大小的這些差異以及效應(yīng)的正負(fù)變化為該材料在某 些領(lǐng)域帶來了不同的應(yīng)用價(jià)值。
2.采用激光脈沖沉積方法制備薄膜，方法簡單，工藝穩(wěn)定，可控性好，具有 很高的制備效率。也能在信息存儲(chǔ)材料領(lǐng)域得到應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種具有室溫低場(chǎng)巨磁電阻效應(yīng)的CoxC1-x/Co/Si多層結(jié)構(gòu)顆粒膜材料，其特征在于首先，在晶格取向100的Si基片上沉積一層Co薄膜，然后，在Co薄膜上面沉積一層CoxC1-x薄膜。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述具有室溫低場(chǎng)巨磁電阻效應(yīng)的CoXn/Co/Si多層結(jié)構(gòu) 顆粒膜材料，其特征在于所述Co薄膜是用純度〉99 . 999&的鈷粉熱壓成的Co靶， 用激光脈沖沉積方法在真空鍍膜室內(nèi)、真空為10—4 Pa量級(jí)、基片溫度為T400K 恒定值的條件下沉積而獲得。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述具有室溫低場(chǎng)巨磁電阻效應(yīng)的COxC卜x/Co/Si多層結(jié)構(gòu) 顆粒膜材料，其特征在于所述CoxCh薄膜是先用純度〉99.99y。的碳粉和上述鈷 粉按Co的含量為2 at%—20 at^的比例混合，經(jīng)過球磨，再熱壓成的d-xCox 靶，用激光脈沖沉積方法在真空鍍膜室內(nèi)、真空為10—4 Pa量級(jí)、基片溫度為T=300K 恒定值的條件下沉積而獲得。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述具有室溫低場(chǎng)巨磁電阻效應(yīng)的CoxdVCo/Si多層 結(jié)構(gòu)顆粒膜材料，其特征在于所述Co薄膜層厚度為2—20 nm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述具有室溫低場(chǎng)巨磁電阻效應(yīng)的CoxdVCo/Si多層 結(jié)構(gòu)顆粒膜材料，其特征在于所述CoX卜,薄膜層顆粒膜厚度為10_60 nm。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于磁學(xué)量傳感器材料的具有室溫低場(chǎng)巨磁電阻效應(yīng)的Co<sub>x</sub>C<sub>1-x</sub>/Co/Si多層結(jié)構(gòu)顆粒膜材料。用激光脈沖沉積方法在晶格取向100的n-Si基片上先后沉積一層Co和一層Co<sub>x</sub>C<sub>1-x</sub>薄膜后所得。該材料在室溫、外加磁場(chǎng)為0.01T條件下的正磁電阻效應(yīng)可達(dá)+20.6％。具有價(jià)格低廉，性能優(yōu)越等特點(diǎn)，是一種很好的磁傳感器材料。
文檔編號(hào)C23C14/06GK101359716SQ200810223238
公開日2009年2月4日 申請(qǐng)日期2008年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月28日
發(fā)明者萬蔡華, 吳利華, 歆 張, 章曉中, 談國太 申請(qǐng)人:清華大學(xué)