GMR传感器的微加工制作

论文摘要

现代科学技术的发展和人类生活生产水平的提高离不开各种传感器技术的研究应用,几乎每一种新的物理现象都能为种类繁多的传感器家族增添新的成员。磁电阻式传感器在传感应用领域占有一席之地,这种传感器的物理原理是材料在磁场的作用下其电阻会发生改变的现象。磁电阻效应按照其磁电阻率机制的不同可以分为Hall效应,AMR效应,GMR效应,TMR效应以及CMR效应等。其中Hall效应和AMR效应开发利用的较早,已经得到广泛的使用。而TMR效应由于传感器加工工艺较为复杂,在磁传感器实际应用中范围相对较小；CMR效应由于其使用温度范围限制,还未在实际中获得应用。本文第一章首先对各种磁电阻效应做了简要的回顾,然后着重介绍GMR效应的物理机制,主要包括“自旋相关散射唯像模型”和“双流体模型”。接着介绍了GMR效应的几种类型,包括多层金属膜结构、磁性颗粒合金膜结构。要将具有GMR效应的自旋阀结构薄膜材料加以利用制成GMR磁电阻传感器,必须的手段是微加工工艺,在第二章介绍了本实验中涉及的主要微加工工艺流程。在第三章中着重介绍微加工中重要的一环：图形光刻。同时,采用实验的方法优化出适于本GMR膜层刻蚀条件的各个光刻参数,说明了各个参数对工艺的影响。第四章主要介绍了等离子刻蚀的机理,说明主要的IBE流程。结合实验中使用的离子源和自旋阀金属膜层结构,总结适宜的刻蚀参数和工艺流程。第五章给出了对制作完成的GMR传感器芯片进行的性能测试结果。以本实验小组正在进行的GMR传感器应用项目为例,说明此传感器产品的应用范围,并对其更多的应用和研究前景作展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章:绪论
• 1.1 引言
• 1.2 GMR效应简介
• 1.2.1 GMR效应的发现过程
• 1.2.2 GMR效应的物理机制
• 1.3 不同种类的GMR结构
• 1.3.1 多层膜（Multilayer）GMR结构
• 1.3.2 颗粒膜型（Granular Film）GMR结构
• 第二章:微加工制作SV-GMR传感器过程
• 2.1 SV-GMR传感器件制作与微加工
• 2.2 微电子加工工艺
• 2.2.1 微加工原理与发展
• 2.2.2 多层膜的生长
• 2.2.3 掩模版制版
• 2.2.4 光刻过程原理介绍
• 2.2.5 刻蚀过程介绍
• 第三章:紫外曝光光刻实验
• 3.1 晶片的清洗
• 3.1.1 晶片表面清洗的重要性
• 3.1.2 微粒吸附状态及一般的去除方法
• 3.1.3 本实验中使用的清洗工艺
• 3.2 光刻胶匀胶过程
• 3.2.1 紫外敏感光刻胶
• 3.2.2 确定匀胶参数
• 3.3 紫外曝光
• 3.3.1 紫外光源与均匀照明物镜
• 3.3.2 精密定位工件台结构
• 3.3.3 探索曝光能量
• 3.4 显影过程及其参数
• 第四章:离子刻蚀（IBE）实验
• 4.1 离子刻蚀机的构成
• 4.2 实验确定离子刻蚀参数
• 4.3 后段清洗、检查、划片及封装
• 第五章:芯片性能测试及其应用
• 5.1 测试GMR传感器芯片
• 5.2 磁旋转编码器
• 5.3 线性距离测量
• 5.4 进一步的应用与研究展望
• 总结
• 引用文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文