可拉伸巨磁電阻磁場(chǎng)傳感器的制備及其性能研究.pdf

1、相比于傳統(tǒng)的硅基構(gòu)件來(lái)說，柔性電子器件具有可拉伸、共形成型、彈性形變、輕便、不易破碎、加工效率高，成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于彎曲顯示屏、柔性電池、生物傳感器和電子皮膚等各種領(lǐng)域。其中以磁性金屬薄膜為基礎(chǔ)的柔性磁電子器件與柔性自旋電子器件，因其可采用成熟的低溫濺射鍍膜工藝，且擁有優(yōu)良的金屬延展性以及靈敏可靠的對(duì)磁、電、熱、應(yīng)力等的多場(chǎng)響應(yīng)的特點(diǎn)，在柔性電子領(lǐng)域內(nèi)，具有重要的科研價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。柔性磁電子薄膜的一個(gè)極其重要的應(yīng)用

2、是基于柔性磁性金屬多層膜的磁場(chǎng)傳感器，可以廣泛應(yīng)用于可穿戴的跟蹤定位系統(tǒng)、電磁污染檢測(cè)防護(hù)裝置以及可植入式醫(yī)療設(shè)備等，是柔性可穿戴設(shè)備必不可少的重要組成部分。本論文針對(duì)基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)超彈性有機(jī)襯底制備的可拉伸巨磁電阻磁場(chǎng)傳感器展開研究。
　　利用直流磁控濺射系統(tǒng)，在硅襯底上對(duì)自旋閥的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。在對(duì)自旋閥結(jié)構(gòu)優(yōu)化之前，要對(duì)所用鐵磁材料的工藝進(jìn)行優(yōu)化，以獲得矯頑力較小，方形度好的鐵磁金屬薄膜，然后在FeCo/Cu/

3、FeCo單自旋閥的基礎(chǔ)上，獲得了比較合適的非磁性金屬層Cu的工藝參數(shù)，進(jìn)而在單自由層的自旋閥結(jié)構(gòu)中引入矯頑力較小的FeNi磁性薄膜，以降低自旋閥自由層的矯頑力，進(jìn)而提高磁場(chǎng)傳感器對(duì)外磁場(chǎng)反應(yīng)的敏銳性。通過對(duì)自旋閥各層薄膜厚度的優(yōu)化，最終獲得的自旋閥結(jié)構(gòu)，具有高的磁電阻率、高的磁場(chǎng)靈敏度、較低的自由層矯頑力，較低的飽和場(chǎng)。
　　在柔性襯底上制備自旋閥結(jié)構(gòu)，并對(duì)其進(jìn)行應(yīng)力調(diào)控研究。將獲得的具有優(yōu)異綜合性能的自旋閥結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)在柔性襯底上，

4、使用條形掩膜板和曲形掩膜板來(lái)減少薄膜裂紋的產(chǎn)生，通過預(yù)應(yīng)變的方法，獲得具有自組裝周期性褶皺結(jié)構(gòu)的柔性自旋閥器件，將應(yīng)力集中釋放在襯底上，這樣就有效地避免了應(yīng)力各向異性導(dǎo)致的不利影響，從而獲得了磁場(chǎng)靈敏度在較大拉伸形變下能夠保持穩(wěn)定的自旋閥磁場(chǎng)傳感器。制備的可拉伸自旋閥巨磁電阻磁場(chǎng)傳感器的拉伸范圍達(dá)50％，且具有很好的穩(wěn)定性，疲勞測(cè)試說明器件具有很好的抗疲勞特性。利用曲形掩膜板和預(yù)拉伸制備的自旋閥器件，由于在釋放過程中應(yīng)力的產(chǎn)生，導(dǎo)致金屬