本技術(shù)屬于磁傳感器的，特別是涉及基于二維鐵磁材料的極弱磁霍爾傳感器。

背景技術(shù)：

1、磁探測(cè)器是一種用于檢測(cè)磁場(chǎng)的儀器，在國(guó)防、農(nóng)業(yè)、海洋、資源勘探、氣象、醫(yī)療、科學(xué)研究等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。磁探測(cè)器有多種類(lèi)型，包括霍爾傳感器、磁電阻傳感器和磁電容傳感器。其中基于霍爾效應(yīng)的霍爾傳感器是檢測(cè)磁場(chǎng)的最常用的傳感器之一，霍爾效應(yīng)是指在電導(dǎo)體中通過(guò)一定方向的電流時(shí)，會(huì)在與電流垂直的方向上產(chǎn)生電場(chǎng)。這個(gè)電場(chǎng)的方向與磁場(chǎng)方向垂直，其大小與磁場(chǎng)的強(qiáng)度成正比。當(dāng)磁場(chǎng)的方向或強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)，電場(chǎng)的大小也會(huì)隨之變化，從而產(chǎn)生電壓信號(hào)輸出。利用這些電信號(hào)可以精確地測(cè)量磁場(chǎng)的方向和強(qiáng)度。目前最常用的商用霍爾傳感器是基于半導(dǎo)體材料中正?；魻栃?yīng)發(fā)展的霍爾磁強(qiáng)計(jì)，具有功耗低，可靠性高，體積小等優(yōu)勢(shì)。然而，傳統(tǒng)半導(dǎo)體中的正常霍爾效應(yīng)對(duì)磁場(chǎng)呈線性響應(yīng)，在弱磁環(huán)境下探測(cè)精度嚴(yán)重受限。現(xiàn)在有些鐵磁材料的反?；魻栯娮枰部梢宰龅綆资驇装佴兀瑥亩_(dá)到一個(gè)比較大的磁響應(yīng)。比如cr-doped?bi2te3，mgo/cofeb/x/ta/mgo，sio2/fe-pt/sio2等薄膜體系磁響應(yīng)靈敏度分別可以達(dá)到2620ω/t，6837ω/t，12000ω/t，但是它們的飽和磁場(chǎng)只有幾十甚至幾o(hù)e,這導(dǎo)致基于這些材料的器件只能探測(cè)極小的磁場(chǎng)范圍。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本實(shí)用新型的目的在于克服了現(xiàn)有的材料問(wèn)題，提供了一種對(duì)pt級(jí)微弱磁場(chǎng)具有敏感響應(yīng)，且探測(cè)磁場(chǎng)范圍可以達(dá)到1t的弱磁探測(cè)器。

2、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

3、基于二維鐵磁材料的極弱磁霍爾傳感器，包括單面拋光的srtio3襯底，srtio3襯底為矩形的板體結(jié)構(gòu)；

4、srtio3襯底的拋光面分布有單個(gè)hall?bar或多個(gè)hall?bar，hall?bar對(duì)應(yīng)srtio3襯底沿x軸和y軸為陣列分布，其中hall?bar是在薄膜生長(zhǎng)后使用光刻技術(shù)制成，成型hallbar沿z軸取向；

5、單個(gè)hall?bar包括m個(gè)周期的交替生長(zhǎng)的單層srruo3薄膜和n層srtio3薄膜。

6、進(jìn)一步地，單個(gè)周期對(duì)應(yīng)srruo3薄膜和n層srtio3薄膜生長(zhǎng)取向?yàn)閦軸取向，單個(gè)周期由厚度為1個(gè)單胞層的srruo3薄膜和n個(gè)單胞層的srtio3薄膜組成。n層srtio3薄膜對(duì)應(yīng)的n取1～5；hall?bar為納米級(jí)別大小。

7、基于二維鐵磁材料的極弱磁霍爾傳感器的制備方法，包括以下幾個(gè)步驟，

8、(1)srtio3襯底清洗：將srtio3襯底先后置于丙酮和無(wú)水乙醇中超聲清洗，去除表面的雜質(zhì)；雜質(zhì)包括有機(jī)雜質(zhì)，用于清洗的丙酮和其他雜質(zhì)；

9、(2)srtio3襯底刻蝕退火：將清洗過(guò)的srtio3襯底在去離子水中超聲反應(yīng)30min左右，然后在boe溶液中刻蝕，再放入去離子水中清洗并用氮?dú)獯蹈杀砻嫖降乃瑢⒖涛g后的襯底進(jìn)行高溫退火，得到具有高質(zhì)量臺(tái)階表面的tio2層截止的srtio3襯底；

10、(3)氧化物薄膜外延生長(zhǎng)：使用脈沖激光沉積系統(tǒng)或分子束外延系統(tǒng)進(jìn)行薄膜生長(zhǎng)，將步驟(2)處理好的srtio3襯底放入生長(zhǎng)腔體中，將氧壓、溫度等調(diào)至所需條件，其中氧壓和溫度分別為0.1mbar和700℃，在srtio3襯底的拋光面重復(fù)外延生長(zhǎng)m個(gè)周期的1個(gè)單胞層的srruo3薄膜和n個(gè)單胞層的srtio3薄膜。

11、(4)制作hall?bar：將外延薄膜制作為納米級(jí)別大小的hall?bar或由hall?bar組成的陣列。

12、進(jìn)一步地，boe溶液為sto刻蝕溶液，配制方案，v(49.9wt％hf溶液):v(40wt％nh4f溶液)＝1:6。步驟(2)中對(duì)應(yīng)的襯底高溫退火條件為：將刻蝕后的srtio3襯底放置于馬弗爐中，在950℃下進(jìn)行90min的高溫退火。步驟(3)中生長(zhǎng)腔體中，氧壓和溫度分別為0.1mbar和700℃。

13、基于二維鐵磁材料的極弱磁霍爾傳感器的應(yīng)用，將hall?bar的橫向電路和縱向電路分別串聯(lián),使用時(shí)加縱向電流，測(cè)量橫向電阻的變化。

14、本實(shí)用新型具有以下有益效果：本實(shí)用新型可以用于未知磁場(chǎng)的探測(cè)，如圖一所示，使用時(shí)將此探測(cè)器置于待探測(cè)地，加上所需的光場(chǎng)和橫向電流并降至所需溫度，測(cè)量縱向電阻的變化。如圖二所示，在特定光場(chǎng)下，本實(shí)用新型的磁探測(cè)器靈敏度＞11000ω/t，可探測(cè)磁場(chǎng)范圍＞±1t。既可以實(shí)現(xiàn)對(duì)pt磁場(chǎng)響應(yīng)的靈敏度，又可以探測(cè)大磁場(chǎng)范圍。還可以用于航空航天及國(guó)防事業(yè)，隨著吸波技術(shù)的發(fā)展，軍事物件可以通過(guò)覆蓋一層吸波材料而達(dá)到隱身鮮果，但是無(wú)法屏蔽自身產(chǎn)生的磁場(chǎng)，因此可以借用本實(shí)用新型探測(cè)到隱蔽的物體。此外在航空航天中，可以用于高性能導(dǎo)航設(shè)備。除了上述這些方面，我們的實(shí)用新型在醫(yī)療，礦藏探測(cè)，環(huán)境檢測(cè)等方面也有巨大的應(yīng)用潛力。

技術(shù)特征：

1.基于二維鐵磁材料的極弱磁霍爾傳感器，其特征在于：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于二維鐵磁材料的極弱磁霍爾傳感器，其特征在于：?jiǎn)蝹€(gè)周期對(duì)應(yīng)srruo3薄膜和n層srtio3薄膜生長(zhǎng)取向?yàn)閦軸取向，單個(gè)周期由厚度為1個(gè)單胞層的srruo3薄膜和n個(gè)單胞層的srtio3薄膜組成。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述基于二維鐵磁材料的極弱磁霍爾傳感器，其特征在于：n層srtio3薄膜對(duì)應(yīng)的n取1～5。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于二維鐵磁材料的極弱磁霍爾傳感器，其特征在于：hall?bar為納米級(jí)別大小。

技術(shù)總結(jié)
本技術(shù)公開(kāi)了基于二維鐵磁材料的極弱磁霍爾傳感器，包括單面拋光的SrTiO<subgt;3</subgt;襯底，襯底的拋光面分布有單個(gè)Hall?bar或多個(gè)Hall?bar，成型Hall?bar沿z軸取向，單個(gè)Hall?bar包括M個(gè)周期的交替生長(zhǎng)的單層SrRuO<subgt;3</subgt;薄膜和N層SrTiO<subgt;3</subgt;薄膜?？梢杂糜谖粗艌?chǎng)的探測(cè)，在特定光場(chǎng)下磁探測(cè)器靈敏度＞11000Ω/T，可探測(cè)磁場(chǎng)范圍＞±1T。既可以實(shí)現(xiàn)對(duì)pT磁場(chǎng)響應(yīng)的靈敏度，又可以探測(cè)大磁場(chǎng)范圍。在航空航天中，可以用于高性能導(dǎo)航設(shè)備。在醫(yī)療，礦藏探測(cè)，環(huán)境檢測(cè)等方面也有巨大的應(yīng)用潛力。

技術(shù)研發(fā)人員：廖昭亮,鄧志雄,洪宇昊
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：20240531
技術(shù)公布日：2025/1/6