基于轮廓模式谐振结构的直流磁电传感器及制备方法和应用

本发明属于磁传感器，尤其涉及基于轮廓模式谐振结构的直流磁电传感器及制备方法和应用。

背景技术：

1、基于磁电薄膜耦合谐振的磁电传感器具有灵敏度高、功耗低、体积小、探测极限低等优点，有望成为下一代高灵敏度微型磁电传感器。尽管磁电薄膜传感器研究取得了一系列进展，但仍存在材料体系单一，耦合结构受限，耦合机制单一，耦合效应弱的问题，且缺少针对直流磁场的高灵敏度检测传感器。因此，急需微型高灵敏度直流磁场传感器。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供基于轮廓模式谐振结构的直流磁电传感器及制备方法和应用，利用不同直流磁场下磁电薄膜弹性模量与耦合谐振频率的变化关系，实现高灵敏度直流磁场测量。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、基于轮廓模式谐振结构的直流磁电传感器的制备方法，包括：

4、通过磁控溅射制备图形化为叉指结构的底电极；

5、在底电极上使用磁控溅射对压电薄膜进行溅射生长；

6、对压电薄膜进行刻蚀，获得垂直度侧壁的通孔将底电极引出，并沉积顶电极；

7、使用磁控溅射磁性层生长于顶电极表面，使用xef2气体刻蚀硅对器件进行释放。

8、进一步的，通过光刻、lift-off工艺使底电极图形化为叉指结构，压电薄膜为c轴取向压电薄膜。

9、进一步的，底电极材料采用pt、au、cu或mo，厚度为50-200nm；叉指电极对对数为2、叉指宽度为10-30um、叉指长度为100-300um。

10、进一步的，使用四甲基氢氧化铵溶液对压电薄膜进行刻蚀。

11、进一步的，磁性层材料为具有高磁致伸缩的非晶磁性材料，磁性薄膜厚度为200nm。

12、进一步的，压电薄膜材料采用pzt、linbo3、aln或alscn；压电薄膜厚度为1um。

13、进一步的，磁性层沉积时本底真空度小于1.5×10-7。

14、进一步的，生长过程中腔内氩气气压3-10mtorr，生长功率为30-200w，靶极距恒定。

15、基于轮廓模式谐振结构的直流磁电传感器，通过基于轮廓模式谐振结构的直流磁电传感器的制备方法制备得到。

16、基于轮廓模式谐振结构的直流磁电传感器的应用，包括：

17、磁场诱导磁性层产生磁致伸缩形成应变作用到压电层上；

18、压电层内部正负电荷的中心发生相对位移而进行极化，并通过逆压电效应产生横向的质点运动，引起传感器平面的横向应变形成轮廓伸缩模式的振动，从而改变器件的杨氏模量，进而影响传感器的谐振频率；

19、对比谐振频率的变化，实现对直流磁场的测量。

20、与现有技术相比，本发明有以下技术效果：

21、本发明利用不同直流磁场下磁电薄膜弹性模量与耦合谐振频率的变化关系，构建基于轮廓模式谐振结构的直流磁电传感器及其制备方法，实现高灵敏度直流磁场测量。同时，该传感器功耗低、体积小、探测极限低且易于集成化。

22、本发明采用轮廓模式谐振结构，谐振频率的高低主要与叉指电极极间间距和压电层宽度有关，与压电层和磁性层厚度无关，因此可以独立的选择器件的长度和宽度，便于使用微纳加工工艺在同一基片上实现多频率器件。

23、本发明开发了基于压电aln薄膜的磁电耦合材料，生长高c轴取向的aln、alscn压电薄膜与高磁致伸缩系数的fegab薄膜，制备了具有高磁电耦合系数的新型磁电耦合谐振结构，可实现对直流磁场的高灵敏度测量。

技术特征：

1.基于轮廓模式谐振结构的直流磁电传感器的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于轮廓模式谐振结构的直流磁电传感器的制备方法，其特征在于，通过光刻、lift-off工艺使底电极图形化为叉指结构，压电薄膜为c轴取向压电薄膜。

3.根据权利要求1所述的基于轮廓模式谐振结构的直流磁电传感器的制备方法，其特征在于，底电极材料采用pt、au、cu或mo，厚度为50-200nm；叉指电极对对数为2、叉指宽度为10-30um、叉指长度为100-300um。

4.根据权利要求1所述的基于轮廓模式谐振结构的直流磁电传感器的制备方法，其特征在于，使用四甲基氢氧化铵溶液对压电薄膜进行刻蚀。

5.根据权利要求1所述的基于轮廓模式谐振结构的直流磁电传感器的制备方法，其特征在于，磁性层材料为具有高磁致伸缩的非晶磁性材料，磁性薄膜厚度为200nm。

6.根据权利要求1所述的基于轮廓模式谐振结构的直流磁电传感器的制备方法，其特征在于，压电薄膜材料采用pzt、linbo3、aln或alscn；压电薄膜厚度为1um。

7.根据权利要求1所述的基于轮廓模式谐振结构的直流磁电传感器的制备方法，其特征在于，磁性层沉积时本底真空度小于1.5×10-7。

8.根据权利要求7所述的基于轮廓模式谐振结构的直流磁电传感器的制备方法，其特征在于，生长过程中腔内氩气气压3-10mtorr，生长功率为30-200w，靶极距恒定。

9.基于轮廓模式谐振结构的直流磁电传感器，其特征在于，通过权利要求1至8任一项所述的基于轮廓模式谐振结构的直流磁电传感器的制备方法制备得到。

10.一种如权利要求9所述的基于轮廓模式谐振结构的直流磁电传感器的应用，其特征在于，包括：

技术总结基于轮廓模式谐振结构的直流磁电传感器及制备方法和应用，包括：通过磁控溅射制备图形化为叉指结构的底电极；在底电极上使用磁控溅射对压电薄膜进行溅射生长；对压电薄膜进行刻蚀，获得垂直度侧壁的通孔将底电极引出，并沉积顶电极；使用磁控溅射磁性层生长于顶电极表面，使用XeF<subgt;2</subgt;气体刻蚀硅对器件进行释放。本发明利用不同直流磁场下磁电薄膜弹性模量与耦合谐振频率的变化关系，构建基于轮廓模式谐振结构的直流磁电传感器及其制备方法，实现高灵敏度直流磁场测量。同时，该传感器功耗低、体积小、探测极限低且易于集成化。技术研发人员：刘明,胡忠强,赵梦,倪樊基受保护的技术使用者：西安交通大学技术研发日：技术公布日：2024/8/16