發(fā)布時間：2022-12-09 18:45

　　自從1988年巨磁電阻（GMR）效應被發(fā)現(xiàn)之后,基于GMR效應的磁性傳感技術引起了人們的廣泛關注。由于自旋閥結構的GMR傳感器具有靈敏度高、線性度高和能耗低的優(yōu)點,已經在航空航天、汽車電子、自動化控制等領域得到了廣泛的應用。而自旋閥薄膜材料作為自旋閥傳感器的核心部分,其性能直接影響傳感器的靈敏度、磁滯特性和工作范圍,為了制備出高性能的自旋閥薄膜材料,本文對自旋閥材料的結構設計、制備工藝和結構特性進行了深入的研究。本文中首先介紹了巨磁電阻材料及器件的研究現(xiàn)狀和應用前景,闡述了本課題研究的目的,對GMR效應的物理機制及自旋閥材料的工作原理進行了研究。我們設計了單自由層結構、復合自由層結構和人工合成反鐵磁被釘扎層結構的自旋閥材料,采用磁控濺射方法在硅襯底上制備了單自由層結構的頂釘扎自旋閥薄膜材料,對自旋閥結構中各層材料厚度進行了的優(yōu)化,并且分析了各層材料的厚度對自旋閥材料性能的影響。尤其是重點研究了復合鐵磁自由層和人工合成反鐵磁被釘扎層結構對自旋閥材料性能的影響,優(yōu)化了自旋閥結構和制備工藝,自旋閥薄膜材料的磁電阻率達到了 6.73%。此外,本文還研究了自旋閥材料的磁場角度依賴特性。我們做了兩... 

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 GMR效應研究歷史與現(xiàn)狀
    1.2 GMR效應的應用
        1.2.1 GMR磁頭
        1.2.2 GMR傳感器
        1.2.3 磁隨機存儲器(MRAM)
    1.3 GMR傳感器的研究進展及應用前景
    1.4 本論文研究的目的及主要內容
第2章 GMR自旋閥材料
    2.1 GMR材料的物理機理
    2.2 GMR材料的分類
        2.2.1 多層膜結構的GMR材料
        2.2.2 自旋閥結構的GMR材料
        2.2.3 顆粒膜結構的GMR材料
    2.3 鐵磁/反鐵磁的交換偏置
    2.4 本章小結
第3章 自旋閥薄膜材料的制備與表征
    3.1 自旋閥薄膜材料的制備技術
        3.1.1 磁控濺射原理
        3.1.2 磁控濺射系統(tǒng)
    3.2 自旋閥薄膜的制備流程
    3.3 自旋閥薄膜材料的性能測試
        3.3.1 磁電阻測試系統(tǒng)
        3.3.2 磁電阻曲線的測試方法
    3.4 本章小結
第4章 自旋閥薄膜材料的制備與性能優(yōu)化
    4.1 自旋閥材料結構設計及各層材料的選擇
    4.2 自旋閥材料的性能參數(shù)
    4.3 Ta/NiFe/Cu/NiFe/IrMn/Ta結構自旋閥材料的性能優(yōu)化
        4.3.1 反鐵磁層IrMn的厚度對自旋閥材料性能的影響
        4.3.2 被釘扎層NiFe的厚度對自旋閥材料性能的影響
        4.3.3 自由層NiFe的厚度對自旋閥材料性能的影響
    4.4 Ta/NiFe/CoFe/Cu/CoFe/NiFe/IrMn/Ta結構自旋閥材料的性能優(yōu)化
        4.4.1 復合自由層中CoFe厚度對自旋閥材料性能的影響
        4.4.2 被釘扎層CoFe厚度對自旋閥材料性能的影響
        4.4.3 復合被釘扎層中NiFe厚度對自旋閥材料性能的影響
        4.4.4 緩沖層Ta厚度對自旋閥材料性能的影響
    4.5 人工合成反鐵磁釘扎自旋閥材料的性能優(yōu)化
        4.5.1 SAF結構自旋閥材料的磁電阻曲線
        4.5.2 SAF結構中Ru層厚度對自旋閥材料性能的影響
        4.5.3 SAF結構中CoFe厚度對自旋閥材料性能的影響
    4.6 本章小結
第5章 自旋閥材料的磁場角度依賴特性研究
    5.1 外磁場方向對自旋閥材料磁電阻率的影響
        5.1.1 外磁場方向對自旋閥材料電阻曲線的影響
        5.1.2 自旋閥材料的磁電阻率與外磁場方向角的關系
    5.2 固定大小的旋轉磁場下自旋閥材料的磁阻特性分析
        5.2.1 自旋閥材料電阻在旋轉磁場下的變化情況
        5.2.2 被釘扎層的磁化方向隨旋轉磁場方向角的變化情況
    5.3 本章小結
第6章 總結與展望
    6.1 總結
    6.2 展望
致謝
參考文獻
附錄


【參考文獻】：
期刊論文
[1]自旋電子學及其器件產業(yè)化[J]. 都有為.  科學中國人. 2016(13)
[2]自旋閥GMR傳感器及免疫磁珠檢測[J]. 楊峰.  測試技術學報. 2016(02)
[3]自旋——未來的科技明星[J]. 都有為.  科技導報. 2014(25)
[4]GMR/TMR材料及相關自旋電子芯片研究[J]. 錢正洪,白茹,孫宇澄,李源,楊昌茂.  功能材料. 2014(10)
[5]基于自旋閥材料的可編程靈敏度磁敏傳感器[J]. 朱華辰,錢正洪,胡亮,李健平,白茹.  材料保護. 2013(S2)
[6]基于GMR傳感器的三軸電子羅盤[J]. 林乾浩,錢正洪,龔天平,白茹,詹宏良,孟慶豐,孫宇澄,楊昌茂.  機電工程. 2013(01)
[7]NiFe/CoFe復合自由層自旋閥巨磁電阻效應研究[J]. 金立川,張懷武,唐曉莉,李晶.  磁性材料及器件. 2011(01)
[8]巨磁電阻效應及其應用和發(fā)展[J]. 劉要穩(wěn).  科學. 2008(04)
[9]從物理發(fā)現(xiàn)到成功應用——兼談2007年度諾貝爾物理學獎授予巨磁電阻效應發(fā)現(xiàn)者[J]. 韓秀峰,劉東屏,溫振超.  科技導報. 2007(24)
[10]巨磁電阻薄膜材料的研究進展[J]. 溫艷玲,鐘云波,任忠鳴,鄧康.  上海金屬. 2005(02)

博士論文
[1]自旋閥結構及GMR傳感器研究[D]. 劉華瑞.清華大學 2006

碩士論文
[1]寬測量間距巨磁阻齒輪轉速傳感器的研制[D]. 竇珂.杭州電子科技大學 2012



本文編號：3715185