Vol.28 No.8 王立锦：改善AR薄膜磁电阻传感器线性度的几种方法 .747. 100 100 1.50 125 125 1.00 0. 0.75 829 0.50 0.25 012 4 78910 01246789i0 谐波次数，N 谐波次数，N (a)未采用消谐波设计 (b)采用消谐波设计 图5AMR磁头输出信号谐波分析对比 Fig.5 Harmonics analysis of AMR magnetic heads 偏置法相同，只是将永磁层变为软磁层，其工作 原理是通过磁电阻元件层的传感电流在周围形成 的磁场作用于邻近软磁层，当电流达到某一值后， 输出电压变化 邻近软磁层被饱和磁化并与磁电阻元件层产生静 磁耦合，从而在磁电阻元件层上施加一横向偏置 磁场变化 磁场·这种方法的特点是产生的横向偏置磁场较 大，同时饱和的邻近软磁层处于单畴状态，因此抑 图6外加偏磁场时AMR磁电阻元件的信号输出曲线 制了Barkhausen噪声 Fig-6 Output signal of AMR elements with external bias mag netic field 用NiCo材料制备了单条磁电阻元件，薄膜 成分为Ni65Co35;薄膜样品的结构为硅基片/Ta 通常有以下几种办法来给磁电阻元件施加偏 (5nm)/NiCo(40nm)/Ta(5nm).薄膜的各向异 置磁场· 性磁电阻变化率达到5%.设计了光刻板，通过甩 (1)分流偏置法：在平行于磁电阻元件膜面 胶、曝光、离子刻蚀、蒸镀电极、超声压焊等微加工 再制备一金属导电膜，它与AMR膜之间有绝缘 工艺制成单条磁电阻元件，其电阻值在1kΩ左 层，如图7(a)·在此复合层通一电流，其中一部分 右.测试时通过1mA的恒定电流，输出信号变化 电流通过偏置导体并在其周围产生磁场来作为偏 幅度在40mV以上.将磁电阻元件粘贴在一侧面 置磁场，这种方法的最大优点是简单，加工方便； 磁场约为1600Am永磁体表面，从而实现磁场 缺点是偏置场不足，难以达到最佳工作点，而且由 偏置，图8是该磁电阻元件的实际测量曲线，可 于输出信号被分流，降低了信号幅度 以看出，加偏置磁场后的元件工作点移到了O点 磁电阻层H偏置磁场 磁电阻层H偏置磁场 附近在士796Am范围内，线性相关系数约为 Π.02 导体绝缘层 1.01 绝缘层 水磁体 (a) (b) 1.00 图7外加偏置磁场的方式.()电流偏置法：(b)永磁体偏置 法 Fig.7 Methods of external bias magnetic field:(a)current bias:(b)hard magnetic field bias 0.97 (2)永磁层偏置法：在平行于磁电阻元件膜 面先制备一隔离层再制备一永磁体层，并加工成 0,94960 -4776-1592015924776 7960 /(A.m) 一定宽度和厚度，利用永磁体的磁场作为偏置磁 场，如图7()，该法的缺点是永磁层的磁畴较难 图8iC0单条磁电阻元件在1600Am偏置磁场下的信号 控制，从而会产生Barkhausen噪声山). 输出曲线 Fig-8 Output signal of a single NiCo AMR element with 1600 (3)邻近软磁层偏置法1]：其结构与永磁层 A-m external bias magnetic field图5 AMR 磁头输出信号谐波分析对比 Fig．5 Harmonics analysis of AMR magnetic heads 图6 外加偏磁场时 AMR 磁电阻元件的信号输出曲线 Fig．6 Output signal of AMR elements with external bias mag￾netic field 通常有以下几种办法来给磁电阻元件施加偏 置磁场． （1） 分流偏置法：在平行于磁电阻元件膜面 再制备一金属导电膜‚它与 AMR 膜之间有绝缘 层‚如图7（a）．在此复合层通一电流‚其中一部分 电流通过偏置导体并在其周围产生磁场来作为偏 置磁场．这种方法的最大优点是简单‚加工方便； 缺点是偏置场不足‚难以达到最佳工作点‚而且由 于输出信号被分流‚降低了信号幅度． 图7 外加偏置磁场的方式．（a） 电流偏置法；（b）永磁体偏置 法 Fig．7 Methods of external bias magnetic field： （a） current bias；（b） hard magnetic field bias （2）永磁层偏置法：在平行于磁电阻元件膜 面先制备一隔离层再制备一永磁体层‚并加工成 一定宽度和厚度‚利用永磁体的磁场作为偏置磁 场‚如图7（b）．该法的缺点是永磁层的磁畴较难 控制‚从而会产生 Barkhausen 噪声［11］． （3）邻近软磁层偏置法［12］：其结构与永磁层 偏置法相同‚只是将永磁层变为软磁层．其工作 原理是通过磁电阻元件层的传感电流在周围形成 的磁场作用于邻近软磁层‚当电流达到某一值后‚ 邻近软磁层被饱和磁化并与磁电阻元件层产生静 磁耦合‚从而在磁电阻元件层上施加一横向偏置 磁场．这种方法的特点是产生的横向偏置磁场较 大‚同时饱和的邻近软磁层处于单畴状态‚因此抑 制了 Barkhausen 噪声． 图8 NiCo 单条磁电阻元件在1600A·m －1偏置磁场下的信号 输出曲线 Fig．8 Output signal of a single NiCo AMR element with1600 A·m －1external bias magnetic field 用 NiCo 材料制备了单条磁电阻元件‚薄膜 成分为 Ni65Co35；薄膜样品的结构为硅基片／Ta （5nm）／NiCo（40nm）／Ta（5nm）．薄膜的各向异 性磁电阻变化率达到5％．设计了光刻板‚通过甩 胶、曝光、离子刻蚀、蒸镀电极、超声压焊等微加工 工艺制成单条磁电阻元件‚其电阻值在1kΩ左 右．测试时通过1mA 的恒定电流‚输出信号变化 幅度在40mV 以上．将磁电阻元件粘贴在一侧面 磁场约为1600A·m —1永磁体表面‚从而实现磁场 偏置．图8是该磁电阻元件的实际测量曲线．可 以看出‚加偏置磁场后的元件工作点移到了 O 点 附近‚在±796A·m —1范围内‚线性相关系数约为 Vol．28No．8 王立锦： 改善 AMR 薄膜磁电阻传感器线性度的几种方法 ·747·