本發明專利技術公開了一種利用飛秒激光無掩膜法制備磁敏感微結構單元的方法，包括以下步驟：（1）按襯底、緩沖層、磁性層、保護層的順序沉積制作磁性薄膜；（2）利用飛秒激光作為光源，通過計算機精確控制樣品臺的位置，對磁性薄膜進行無掩膜輻照，得磁敏感微結構單元；其中，飛秒激光的參數為：單脈沖能量5～50?J；脈沖寬度90～150fs；波長800nm；脈沖頻率10～100Hz；樣品臺移動速度為60～500?m/min；在輻照時根據需要沿平行或垂直于磁性薄膜膜面方向施加0~500Oe的誘導磁場。本方法簡單、高效、可控，且無需預先制造掩模。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種利用，屬于磁電子器件制造
技術介紹
目前用于制備基于磁性單層膜或多層膜的微米、亞微米和納米磁敏感微結構單元的方法主要采用光刻、電子束微影技術、離子束刻蝕及化學反應刻蝕等。其中，光刻技術結合離子束或化學反應刻蝕是微加工工藝中具有較低成本、可大規模生產的工藝；但采用光刻技術制備亞微米級器件比較困難，對制備納米級器件更是無能為力；電子束微影技術設備要求很高，而且兩者均需要預制掩模，工藝復雜，生產周期長，不適合于單件、小批量生產和新廣品的試制。·在利用常規激光進行材料加工時，其所能達到的加工分辨率受到經典光學理論衍射極限的限制，難于進行微納米尺度的加工。飛秒激光是一種以脈沖形式運轉的激光，持續時間非常短，具有非常高的瞬時功率。它的出現不僅為研究光與物質相互作用的超快過程提供了手段，也為發展先進的微納米加工技術提供了不可多得的加工手段。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種利用，采用飛秒激光對磁性薄膜進行微細加工，微結構單元的尺寸小于IMffl，并且無需預先制作掩膜。為實現本專利技術的目的，本專利技術采用的技術解決方案是該制備方法包括以下步驟(O按襯底、緩沖層、磁性層、保護層的順序沉積制作磁性薄膜；(2)利用飛秒激光作為光源，通過計算機精確控制樣品臺的位置，對磁性薄膜進行無掩膜輻照，得磁敏感微結構單元；其中，飛秒激光的參數為單脈沖能量5 50μ ;脈沖寬度90 150fs ;波長800nm ;脈沖頻率10 IOOHz ;工作臺移動速度為60 500Mm/min ;輻照時根據需要沿平行或垂直于磁性薄膜膜面方向施加0 5000e的誘導磁場。其中，襯底為單晶硅或玻璃；緩沖層和保護層根據磁性薄膜的結構和種類確定是否需要；磁性層由單層或多層膜組成，其中，單層膜為磁記錄膜或磁致伸縮膜；多層膜為鐵磁/反鐵磁雙層膜或自旋閥結構多層膜或自旋隧道結結構多層膜。其中，磁敏感微結構單元的形狀為三角形、矩形、正六邊形、圓形、橢圓形或其它給定圖案。本專利技術方法與現有技術相比有以下優點(I)在利用常規激光進行材料加工時，其所能達到的加工分辨率受到經典光學理論衍射極限的限制，難于進行微納米尺度的加工，采用本方法實現的加工精度可達到微納級。(2)飛秒脈沖激光的脈沖持續時間極短、峰值功率極高，少量多脈沖與磁性薄膜相互作用時，樣品表面無氧化現象產生。(3)本方法采用編程或圖形讀入識別模式，由計算機控制并實現樣品臺精確移動，無需預先制作掩膜板，微結構的尺寸小于lMffl。附圖說明圖I為二種不同形狀圖案的磁敏感微結構單元微分相襯度照片。具體實施例方式下面結合具體實施例進一步說明本專利技術的技術解決方案，這些實施例不能理解為是對技術方案的限制。實施例I :依以下步驟制備磁敏感微結構單元 步驟一利用高真空磁控濺射設備在經過清洗的單晶硅襯底上沉積厚度為5nm的緩沖層Cr、厚度為40nm的鐵磁層CoPt得到磁記錄薄膜；其中，磁性層的生長條件為背底真空 5 X KT6Pa ;濺射氣壓O. 3Pa ;濺射功率IOW ;氬氣流量20sCCm ;基片溫度100°C ； 步驟二、利用飛秒激光作為光源，對磁性薄膜進行輻照，輻照完成后得到單元形狀為三角形的磁敏感微結構單元；其中，飛秒激光的參數為單脈沖能量5PJ ;脈沖寬度90fs ;波長800nm ;脈沖頻率50Hz ;其中，在輻照時沿垂直于磁性薄膜膜面方向施加5000e的誘導磁場；通過編程預先設定樣品臺的移動軌跡，樣品臺的移動速度為350Mm/min。實施例2 :依以下步驟制備磁敏感微結構單元 步驟一、利用高真空磁控濺射設備在經過清洗的玻璃襯底上沉積厚度為500nm的磁性層Tb-Dy-Fe、厚度為5nm的保護層Ta，得到超磁致伸縮薄膜；其中，磁性層的生長條件為背底真空5 X KT6Pa ;濺射氣壓O. 5Pa ;濺射功率120W ;氬氣流量20sCCm ;基片溫度300°C ；步驟二、利用飛秒激光作為光源，無需施加誘導磁場對磁性薄膜進行輻照，輻照完成后得到單元形狀為矩形的磁敏感微結構單元；其中，飛秒激光的參數為單脈沖能量50μ ;脈沖寬度IOOfs ;波長800nm ;脈沖頻率IOOHz ;通過編程預先設定樣品臺的移動軌跡，樣品臺的移動速度為60Mm/min。實施例3 :依以下步驟制備磁敏感微結構單元 步驟一、利用高真空磁控濺射設備在經過清洗的單晶硅襯底上沉積厚度為5nm的緩沖層Ta、厚度為5nm的CoFe鐵磁層、厚度為12nm的IrMn反鐵磁層、厚度為8nm的保護層Ta，得到鐵磁/反鐵磁雙層膜；其中，磁性層的生長條件為背底真空5X 10_6Pa ;濺射氣壓O. 3Pa ；濺射功率30W ;氬氣流量20SCCm ;基片溫度室溫； 步驟二、利用飛秒激光作為光源，對磁性薄膜進行輻照，輻照完成后得到單元形狀為正六邊形的磁敏感微結構單元；其中，飛秒激光的參數為單脈沖能量5PJ ;脈沖寬度150fs ；波長800nm ;脈沖頻率50Hz ;其中，在輻照時沿平行于磁性薄膜方向施加2000e的平面誘導磁場；通過編程預先設定樣品臺的移動軌跡，樣品臺的移動速度為500Mffl/min。實施例4 :依以下步驟制備磁敏感微結構單元 步驟一、利用高真空磁控濺射設備在經過清洗的單晶硅襯底上沉積厚度為5nm的緩沖層Ta、厚度為5nm的CoFe鐵磁層、厚度為2. 5nm的非磁性層Cu、厚度為5nm的CoFe鐵磁層、厚度為12nm的IrMn反鐵磁層、厚度為8nm的保護層Ta，得到自旋閥結構多層膜；其中，磁性層的生長條件為背底真空5 X KT6Pa ;濺射氣壓O. 3Pa ;濺射功率30W ;氬氣流量20sCCm ；基片溫度室溫； 步驟二、利用飛秒激光作為光源，對磁性薄膜進行輻照，輻照完成后得到單元形狀為圓形的磁敏感微結構單元；其中，飛秒激光的參數為單脈沖能量20μ ;脈沖寬度120fs ;波長800nm ;脈沖頻率IOHz ;其中，在輻照時沿平行于磁性薄膜方向施加2500e的平面誘導磁場；通過編程預先設定樣品臺的移動軌跡，樣品臺的移動速度為150Mm/min。實施例5 :依以下步驟制備磁敏感微結構單元 步驟一、利用高真空磁控濺射設備在經過清洗的單晶硅襯底上沉積厚度為5nm的緩沖層Ta、厚度為12nm的IrMn反鐵磁層、厚度為5nm的CoFe鐵磁層、厚度為Inm的絕緣層Α10χ、 厚度為5nm的CoFe鐵磁層和厚度為8nm的保護層Ta，得到自旋隧道結結構多層膜；其中，磁性層的生長條件為背底真空5 X KT6Pa ;濺射氣壓O. 3Pa ;濺射功率30W ;氬氣流量20sCCm ；基片溫度室溫； 步驟二、利用飛秒激光作為光源，對磁性薄膜進行輻照，輻照完成后得到單元形狀為橢圓形的磁敏感微結構單元；其中，飛秒激光的參數為單脈沖能量20μ ;脈沖寬度120fs ；波長800nm ;脈沖頻率IOHz ;其中，在輻照時沿平行于磁性薄膜方向施加2500e的平面誘導磁場；通過編程預先設定樣品臺的移動軌跡，樣品臺的移動速度為100Mffl/min。本專利技術的所述實施例僅僅是為了清楚說明本專利技術所作的舉例，而并非是對本專利技術實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，還可在上述說明的基礎上做出其它不同形式的變化或變動，這里無需本文檔來自技高網...
【技術保護點】
利用飛秒激光無掩膜法制備磁敏感微結構單元的方法，其特征在于包括以下步驟：（1）按襯底、緩沖層、磁性層、保護層的順序沉積制作磁性薄膜；？（2）利用飛秒激光作為光源，通過計算機精確控制樣品臺的位置，對磁性薄膜進行無掩膜輻照，得磁敏感微結構單元。
【技術特征摘要】
1.利用飛秒激光無掩膜法制備磁敏感微結構單元的方法，其特征在于包括以下步驟 (1)按襯底、緩沖層、磁性層、保護層的順序沉積制作磁性薄膜； (2)利用飛秒激光作為光源，通過計算機精確控制樣品臺的位置，對磁性薄膜進行無掩膜輻照，得磁敏感微結構單元。2.根據權利要求I所述的利用飛秒激光無掩膜法制備磁敏感微結構單元的方法，其特征在于襯底為單晶硅或玻璃；緩沖層和保護層根據磁性薄膜的結構和種類確定是否需要；磁性層由單層或多層膜組成，其中，單層膜為磁記錄膜或磁致伸縮膜；多層膜為鐵磁/反鐵磁雙層膜或自旋閥結構多層膜或自旋隧道結結構多層膜。3.根據權利要求I所述的利用飛秒激光無掩膜法制備磁敏感微結構單元的方法，其特征在于在第二步中樣品臺的移動速度為60 500Mm/min。4.根據權利要求I所述的利用飛秒激光無掩膜法制備磁敏感微...
【專利技術屬性】
技術研發人員：周廣宏，朱雨富，潘旋，章躍，丁紅燕，鄭曉虎，夏木建，
申請(專利權)人：淮陰工學院，
類型：發明
國別省市：
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