Способ изготовления магниточувствительного полоскового элемента на основе тонкопленочного композитного магниторезистивного материала

 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано при изготовлении элементов, предназначенных для измерения и детектирования магнитных полей. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей элементов путем определения направления магнитного поля характеристик элементов, изготовленных по предлагаемому способу. Поставленная цель достигается тем, что наносят на подложку, размещенную в ориентирующем магнитном поле, направленном вдоль плоскости подложки, ферромагнитные слои, обладающие магниторезистивными свойствами, и немагнитные прослойки между этими слоями, формируют элемент, например, при помощи фотолитографии, нанесение нечетных слоев производят при одном направлении ориентирующего магнитного поля относительно сторон подложки, а перед нанесением каждого четного слоя направление ориентирующего поля изменяют на угол в пределах 0<<180 , при этом угол выбирают близким к 90. При формировании полоскового элемента его продольную геометрическую ось ориентируют по биссектрисе угла . 5 ил.

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано при изготовлении элементов, предназначенных для измерения и детектирования магнитных полей. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей элемента путем определения направления внешнего магнитного поля. На фиг. 1 схематически изображено относительное расположение подложки, испарителя и полюсов магнита, создающего ориентирующее поле, при прямом падении потока пара на подложку; на фиг. 2 - магниточувствительный полосковый элемент, аксонометрическая проекция; на фиг. 3 - его поперечное сечение; на фиг. 4а-в - принципы работы магниточувствительных полосковых элементов, изготовленных по предлагаемому способу, вид сверху; на фиг. 5 - полевые зависимости сигналов, снимаемых с магниточувствительных элементов, полученных по предлагаемому способу и способу-прототипу. Плоскую подложку 1 из стекла, ситалла, кремния или другого материала со слабой электропроводностью очищают известными способами и помещают в вакуумную камеру непосредственно над испарителем 2 и 3 магниторезистивного материала, например пермаллоя, содержащего 81% никеля и 19% железа. Кроме того, в камере имеется испаритель немагнитного материала (на фиг. не показан), в качестве которого может быть использован как диэлектрик (моноокись или двуокись кремния и т. п. ), так и проводник, не обладающий ферромагнитными свойствами (тантал, молибден, ванадий и т. п. ). Важно также, чтобы этот материал, предназначенный для формирования прослоек между ферромагнитными слоями, не диффундировал заметно в эти слои при температуре изготовления композитного материала и при рабочей температуре в процессе эксплуатации магниточувствительного элемента. Вакуумную камеру откачивают до достижения высокого вакуума, нагревают подложку 1 до заданной температуры, вводят испарители пермаллоя и немагнитного материала в рабочий режим, убирают экран между испарителем 2 пермаллоя и подложкой 1 и осаждают на ней первый слой пермаллоя 3 (см. фиг. 2) необходимой толщины, например 30-80 нм. В процессе осаждения слоя пермаллоя с помощью постоянного магнита N-S (см. фиг. 1) в плоскости подложки прикладывают ориентирующее магнитное поле, напряженность которого должна быть достаточной для намагничивания этого слоя до насыщения (10-20 кА/м), а направление совпадает с I_S1(ОЛН1). После осаждения слоя пермаллоя 3 под подложку 1 подводят испаритель 2 немагнитного материала и осаждают на ней немагнитную прослойку 4 (см. фиг. 2) необходимой толщины, например 10-30 нм, Затем на немагнитную прослойку 4 осаждают второй слой пермаллоя 5, повернув предварительно подложку на угол (см. фиг. 1). Предпочтительным является угол = 90^о. Изменение направления ориентирующего поля можно проводить либо путем поворота подложки относительно намагничивающего устройства, либо путем поворота последнего относительно подложки. Возможно также использование намагничивающего устройства с двумя парами катушек Гельмгольца, оси которых повернуты на соответствующий угол. Обе пары катушек электрически независимы и включаются попеременно, задавая различные направления осей легкого намагничивания в смежных ферромагнитных осях 3 и 5. После того, как на подложке сформирован сплошной слой композитного магниторезистивного материала, подложки 1 охлаждают до комнатной температуры, извлекают ее из камеры и проводят формообразование элемента при помощи известных приемов фотолитографии. При этом в процессе формообразования продольную геометрическую ось ферромагнитных полосок ориентируют в пределах указанного угла преимущественно по его биссектрисе. Формообразование можно проводить непосредственно в процессе осаждения, используя маску, накладываемую на подложку. При использовании в качестве немагнитной пpослойки диэлектрика проводят нанесение слоев-перемычек. Таким образом, в результате реализации предлагаемого способа на подложке формируют полоски композитного материала с перекрещенными осями легкого намагничивания в смежных слоях, причем угол между осями в этих слоях составляет 0^о< <180, а продольная геометрическая ось оказывается ориентированной в пределах указанного угла. После этого к концам полоски припаивают (приваривают) проволочные проводники (на чертежах не показаны), которые подключают к измерительной схеме. На концах полоски можно сформировать контактные площадки 6 (см. фиг. 3) для присоединения проволочных проводников. Полученный при помощи предлагаемого способа магниточувствительный полосковый элемент работает следующим образом. В отсутствие измеряемого поля векторы намагниченности I_S1 и I_S2 в ферромагнитных слоях 3 и 5 (см. фиг. 2,4) располагаются параллельно осям легкого намагничивания обоих слоев соответственно, составляя таким образом между собой угол 0^о< < 180^о. Поскольку продольная геометрическая ось полоски ориентирована по биссектрисе угла , то угол между рабочим током , текущим вдоль этой оси, и вектором IVec_S1 (или IVec_S2) _о= /2. Если измеряемое поле ориентировано, например, навстречу продольным компонентам IVec_S1ll и IVec_S2ll векторов намагниченности IVec_S1 и IVec_S2 (см. фиг. 2 и 4б), то они повернутся, причем угол между IVec_S1 (или IVec_S2) и составит ₁. Сопротивление слоев пермаллоя при этом изменится (например, уменьшится на величину R), а падение напряжения на элементе - на U (см. фиг. 5, кривая I). При ориентации измеряемого поля -HVec_х (см. фиг. 4в) в противоположном направлении векторы IVec_S1 и IVec_S2 повернутся в другую сторону, а угол между ними и уменьшится и составит ₂, что приводит к увеличению R и соответственно к увеличению U (см. фиг. 5, кривая II). Таким образом, элемент, изготовленный по предлагаемому способу, проявляет способность определять не только напряженность измеряемого поля, но и его направление, причем это свойство достигается без использования поля смещения. (56) Патент США N 4686472, кл. G 01 R 33/02, 1985.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНОГО ПОЛОСКОВОГО ЭЛЕМЕНТА НА ОСНОВЕ ТОНКОПЛЕНОЧНОГО КОМПОЗИТНОГО МАГНИТОРЕЗИСТИВНОГО МАТЕРИАЛА, включающий нанесение на подложку, размещенную в ориентирующем магнитном поле, направленном вдоль плоскости подложки, ферромагнитных магниторезистивных слоев и немагнитных прослоек между ними, а также формирование полоскового элемента, отличающийся тем, что, с целью улучщения метрологических возможностей элемента, нечетные слои наносят на подложку при любом заданном направлении ориентирующего магнитного поля относительно сторон подложки, перед нанесением каждого четного слоя направление ориентирующего поля изменяют на угол в пределах 0^o << << 180^o , а при формировании полоскового элемента его продольную геометрическую ось ориентируют по биссектрисе угла .

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 31-2000

Извещение опубликовано: 10.11.2000        

---