专利名称：一种微纳米的位移侦测器的制作方法
技术领域：
本实用新型和微区感测有关，详细地说，是关于一种微米或纳米级的位移侦测器。
背景技术：
现行的微区感测技术，大多是利用光作为感测源，并搭配压电式或电容式的感测装置进行位移侦测，然而此类技术大多涉及繁复的讯号转换(光→电→应变→位移)，因此仪器的构造复杂而且成本高昂。此外，常用位移感测技术可量测的位移距离较短(nm-μm)，有待改进。
实用新型内容本实用新型的主要目的在于提供一种微纳米位移侦测器，其结构及工作机制较为简单、制作成本较低。
本实用新型主另一目的在于提供一种微纳米位移侦测器，其可量测的位移范围较为宽广。
为实现上述目的，本实用新型提供的微纳米位移侦测器包含有一磁气面板，用以设于待侦测物上，可随该待侦测物在一平面上位移，且其表面平行于前述可位移平面；该磁气面板的表面具有预定的磁气特性，前述磁气特性随该磁气面板的表面座标而变化；一感测装置，具有至少一磁阻头，可利用磁阻现象随其周围磁场变化而改变输出电压；工作时各该磁阻头与该磁气面板维持适当距离，可感测该磁气面板的磁气特性；以及一处理单元，可接收该感测装置的输出电压，并由此判知该磁气面板相对该感测装置的位移方向及位移量。
其中该磁气面板为人工铸形磁区阵列。
其中该磁气面板具有一硅基板，该硅基板上具有一氧化硅层，该氧化硅层上具有若干呈矩阵状排列的凸起，该等凸起及该氧化硅层的表面具有一铁钴材料的磁光记录层，该磁光记录层上又具有一保护层。
其中该磁气面板为铁磁性(Ferromagnetic)或陶铁磁性(Ferrimagnetic)的颗粒薄膜。
其中该磁气面板为具有磁性的晶粒晶界。
其中该感测装置的各该磁阻头于一硅基板上依序叠合一反铁磁层、一钉扎层、一隔离层及一自由层所构成。该反铁磁层的材料为锰化铁；该隔离层的材料为铜或氧化铝；该钉扎层及该自由层均为铁、镍、钴三种金属元素或其合金及其氧化物晶系结构。
其中该感测装置具有二磁阻头，该二磁阻头形成差动式结构。
其中该感测装置具有若干磁阻头，该等磁阻头形成桥式结构或阵列结构。


以下配合附图举一较佳实施例对本实用新型进行详细说明，其中图1为本实用新型一较佳实施例的立体结构示意图；图2为本实用新型一较佳实施例的侧面结构示意图；图3为图2的局部放大示意图；以及图4为本实用新型中的感测装置的磁阻头采用桥式结构的示意图。
具体实施方式
请参阅图1至图3，本实用新型一较佳实施例提供的微纳米位移侦测器，包含有一磁气面板(10)，本实施例采用一人工铸形磁区阵列，其制法及结构为公知技术，兹简要说明如下在一硅基板(11)上镀一层厚约200nm的氧化硅层(12)，并先在氧化硅层(12)上涂盖一层光阻(PMMA)，经过曝光及显影作业，将前述PMMA蚀刻出纵横交错的若干凹沟(13)，换言之，使前述PMMA留下呈矩阵状排列的若干凸起(14)(注本例中的各凸起(14)呈矩块状，然而以常用技术亦可成形出圆柱、圆椎或截头圆椎等形状)，相邻二凸起(14)的同侧缘边的距离约为800nm-1μm(亦可更窄)；接著在表面蒸镀或溅镀一层具有垂直异向性的磁光记录层(15)，其材料为DY21.3(Fe80Co20)78.7，厚度约为50nm，完整覆盖该等凸起(14)表面(含顶面及四周侧面)以及该氧化硅层(12)的剩余顶面(亦即该等凹沟(13)底面)，最后再于磁光记录层(15)上镀一层同为氧化硅、厚度约为30nm的保护层(16)。此外，预先利用公知的磁力显微(Magnetic Force Microscopy；MFM)技术，使该磁光记录层(15)对应各凸起(14)的顶面、凸起(14)的侧面、凸起(14)与凸起(14)间的凹窝(17)底面部位，分别形成一具有预定磁矩的磁区，举例而言，如图3中所示，可使一凸起(14)顶面的磁区磁力线为由下往上，其预定侧边的凹窝(17)底面的磁力线亦为由下往上，而往同侧边的次一凸起(14)顶面则为由上往下，次一凹窝(17)底面亦为由上往下......，依此类推(注至于凸起(14)侧壁的磁区是对应于其所面对的凹窝(17)底面的磁区，亦即利用“磁钉扎效应”维持凹窝(17)底面的磁区)；各该磁区的磁场强度范围约为0-10kOe。
附带说明，上述人工铸形磁区阵列的制法及结构为公知技术之一，除了前述的蚀刻结构外，另外亦可采用金膜结构或光阻结构等方法。再者，人工铸形磁区阵列也可能是氧化硅层被蚀刻出若干呈矩阵状排列的凹窝(换言之，氧化硅层留下的凸起部份呈网格状，其凹凸状态恰于前述结构相反)，同样可造出磁区阵列。
该磁气面板(10)用以设于待侦测物上，可随待侦测物在一平面上位移，且磁气面板(10)平行于可位移平面(指该等凸起(14)的顶面或该等凹窝(17)的底面平行于可位移平面)。
一感测装置(20)，具有二磁阻头(21)，各磁阻头(21)是于一硅基板(22)上依序叠合一反铁磁层(Antiferromagnet layer)(23)、一钉扎层(Pinnedlayer)(24)、一隔离层(25)及一自由层(Free layer)(26)所构成，其中，该反铁磁层(23)的材料为锰化铁(FeMn)、该隔离层(25)的材料为铜或氧化铝(Al2O3)、该钉扎层(24)及该自由层(26)均为铁、镍、钴三种金属元素或其合金及其氧化物晶系结构。由此，若对磁阻头(21)的自由层(26)与钉扎层(24)之间通以固定电流，则其间电压(电阻)会随周围的磁场而改变(磁阻现象)。
而磁阻变化比率为
ΔRRs=R-RsRs]]>其中R为所量测的电阻值，Rs为饱和磁场下所测的电阻值。
工作时，感测装置(20)的磁阻头(21)与该磁气面板(10)维持预定距离(1.1000μm)，可感测磁气面板(10)上该等磁区的磁场，而且，其感测范围为O.1kOe，与磁气面板(10)的磁场强度范围(O.10kOe)属于相同尺度。理论上，本实用新型的感测装置亦可仅有一磁阻头，但本实施例采用二磁阻头(21)并构成差动式结构，可以过滤掉背景电磁波的干扰，提升感测的精准度；此外，本实用新型的感测装置尚可以更多磁阻头构成如图4所示的桥式结构，或者是阵列状结构，以进一步提升感测的精准度。而且，本实施例中的磁阻头(21)与磁气面板(10)(人工铸形磁区阵列)均采用铁钴系材料，亦是因其具有较高的抗磁性，较不易受外界杂讯的干扰。
一处理单元(30)，可接收该感测装置(20)的输出电压，并以此判知该磁气面板(10)相对该感测装置(10)的位移方向及位移量(后述)。
工作时，该磁气面板(10)随著待侦测物在一平面上(一维或二维)位移，而该感测装置(20)(其磁阻头(21))相对固定在该磁气面板(10)上方适当高度处，可感测磁气面板(10)的磁场。前已述及，该磁气面板(10)(人工铸形磁区阵列)的磁区磁矩是配置成预定形式(例如规律地交替变化，但不限于前述形式)，亦即面板(10)上的磁气特性是随其平面座标而变化，因此，当磁气面板(10)位移时，该感测装置(20)的磁阻头(21)所受到的磁场强度亦随之变化，使得感测装置(20)的输出电压对应改变。通过该处理单元(30)的分析判读(例如比对该磁气面板(10)的磁区预设内容)，即可得知该磁气面板(10)(同时也是该待侦测物)相对该感测装置(20)的位移方向及位移量。本实施例中的人工铸形磁区的宽度(指该等凸起(14)的点距)可为数百纳米，因此系统的讯号解析度可为数纳米，由此达到微米或纳米级的位移侦测。
本实用新型提供的微纳米位移侦测器优点在于一、其讯号转换方式(磁场一电压一位移)比常用侦测技术的讯号转换方式(光→电→应变→位移)简化，结构及运作机制较为简单，制作成本较低。
二、可量测的位移范围较宽广(以前述实施例而言，即是人工铸形磁区的总长度，基本上可从nm到数个mm)。
最后必须补充说明的是，本实用新型中的磁气面板除了采用前述人工铸形磁区阵列外，亦可采用铁磁性(Ferromagnetic)或陶铁磁性(Ferrimagnetic)的颗粒薄膜，或者是具有磁性的晶粒晶界(均为公知技术)。
权利要求1.一种微纳米位移侦测器，其特征在于，包含有一磁气面板，设于待侦测物上，随该待侦测物在一平面上位移，且其表面平行于前述可位移平面；该磁气面板的表面具有预定的磁气特性，其磁气特性随该磁气面板的表面座标变化；一感测装置，具有至少一磁阻头，随其周围磁场变化而改变输出电压；工作时各该磁阻头与该磁气面板维持适当距离；以及一处理单元，接收该感测装置的输出电压。
2.依据权利要求1所述的微纳米位移侦测器，其特征在于，其中该磁气面板为人工铸形磁区阵列。
3.依据权利要求2所述的微纳米位移侦测器，其特征在于，其中该磁气面板具有一硅基板，该硅基板上具有一氧化硅层，该氧化硅层上具有若干呈矩阵状排列的凸起，该等凸起及该氧化硅层的表面具有一铁钴材料的磁光记录层，该磁光记录层上具有一保护层。
4.依据权利要求1所述的微纳米位移侦测器，其特征在于，其中该磁气面板为铁磁性或陶铁磁性的颗粒薄膜。
5.依据权利要求1所述的微纳米位移侦测器，其特征在于，其中该磁气面板为具有磁性的晶粒晶界。
6.依据权利要求1所述的微纳米位移侦测器，其特征在于，其中该感测装置的各该磁阻头于一硅基板上依序叠合一反铁磁层、一钉扎层、一隔离层及一自由层所构成。
7.依据权利要求6所述的微纳米位移侦测器，其特征在于，其中该反铁磁层的材料为锰化铁；该隔离层的材料为铜或氧化铝；该钉扎层及该自由层均为铁、镍、钴三种金属元素或其合金及其氧化物晶系结构。
8.依据权利要求1所述的微纳米位移侦测器，其特征在于，其中该感测装置具有二磁阻头，该二磁阻头形成差动式结构。
9.依据权利要求1所述的微纳米位移侦测器，其特征在于，其中该感测装置具有若干磁阻头，该等磁阻头形成桥式结构。
10.依据权利要求1所述的微纳米位移侦测器，其特征在于，其中该感测装置具有若干磁阻头，该等磁阻头形成阵列结构。
专利摘要一种微纳米位移侦测器，包含有一磁气面板，用以设于待侦测物上，可随待侦测物在一平面上位移，且其表面平行于可位移平面，表面上并具有随平面坐标而变化的预定磁气特性；一感测装置，可感测该磁气面板的磁气特性，并利用磁阻现象随磁场变化而改变输出电压；一处理单元，可接收该感测装置的输出电压，并由以判知该磁气面板相对该感测装置的位移方向及位移量。
文档编号G01B7/04GK2608942SQ0320224
公开日2004年3月31日 申请日期2003年1月22日 优先权日2003年1月22日
发明者陈其亮, 黄吉川, 蔡明杰 申请人:财团法人工业技术研究院