高灵敏度地磁导航磁阻薄膜材料的制备与表征

本项目是针对目前地磁导航领域对导航精度要求越来越高这一迫切需求，开发新一代超高灵敏度地磁导航传感器面临的材料制备的关键问题所提出的一项应用基础研究。本研究在制备具有优良的软磁性能、较小矫顽力、高磁场灵敏度的Ta/MgO/NiFe/MgO/Ta薄膜的基础上，通过引入更多的镜面反射层、在MgO/NiFe或NiFe/MgO界面处引入掺杂元素X（如Bi、Ag、Pt等）、寻找晶化程度更高的其它氧化物材料、或采用NiFeCr或NiCr做种子层，利用Pt做界面插层，设计一种全金属同构异质金属层结构等方法，以进一步提高NiFe薄膜的磁场灵敏度，从而实现具有综合磁学性能良好的NiFe磁阻薄膜材料，为超高灵敏度地磁导航传感器磁阻薄膜材料的实用化提供实验和科学依据，并在纳米尺度上表征薄膜的微结构，建立磁性能和微结构之间的联系，阐述薄膜性能改进机理。

本项目是针对目前地磁导航领域对导航精度要求越来越高这一迫切需求，开发新一代超高灵敏度地磁导航传感器面临的材料制备的关键问题所提出的一项应用基础研究。拟解决的关键科学问题：（1）如何通过材料设计来进一步提高超薄NiFe磁阻薄膜材料的磁场灵敏度以制备出高灵敏度且综合磁学性能优良的NiFe磁阻薄膜材料？（2）在纳米尺度上表征具有高灵敏度的NiFe薄膜中的原子扩散、界面反应、形成合金相等，以获取磁性能以及微结构之间的联系，弄清提高NiFe薄膜磁场灵敏度的微观机理。. 我们做了如下几个方面的研究：1、具有Mgo纳米氧化层的高灵敏度NiFe薄膜的制备及改性研究。主要包括：（1）通过调控MgO层特性改善自旋极化电子输运性能研究；（2）不同热处理方式增强NiFe薄膜磁电阻性能及机理研究；（3）不同氧化物/金属界面位置对NiFe薄膜性能的显著影响及其机理研究。2、具有不同晶化程度的纳米插层的NiFe薄膜材料的制备及研究。主要包括：（1）非晶Al2O3纳米氧化物插层的制备及其界面化学状态研究；（2）表面和晶界散射对具有AlN晶体结构插层的NiFe薄膜自旋极化电子输运性能影响的研究；（3） 热处理温度对具有晶体ZnO纳米氧化物插层的NiFe薄膜微结构及性能影响研究；（4）界面元素掺杂对具有纳米插层的NiFe薄膜性能影响的研究。3、Au、Pt 做界面插层，设计全金属同构异质金属层结构的NiFe薄膜材料研究。主要包括：（1）Au界面插层对NiFe薄膜微结构及自旋极化电子输运性能的影响研究；（2）具有良好磁稳定性的全金属高灵敏度NiFe磁阻薄膜材料的研究；（3）不同Pt插层界面位置对NiFe薄膜性能及微结构显著差异影响的研究。. 通过上述不同研究方法进一步提高了超薄NiFe 薄膜的磁场灵敏度，并在纳米尺度上表征了薄膜的微结构，建立起磁性能和微结构之间的联系，同时阐述了薄膜性能改进机理。项目的顺利实施为超高灵敏度地磁导航传感器磁阻薄膜材料实用化提供了实验和科学依据。