从生物芯片的发展来看,第一代生物芯片绝大多数是基于光学测量的生物芯片,但是光学测量有许多的内禀缺陷,比如不能进行定量分析、精度有限、使用程序复杂、对使用者的专业要求高、设备庞大、价格高昂等；而基于磁性测量原理的第二代生物芯片,取消了后台的支撑设备,销售的是具有复杂处理能力的具体芯片,其价值由后台设备转移到了具体的芯片之中。与第一代生物芯片相比,新型的磁性生物芯片具有性价比高、价格低、更高的精确度、分辨率、稳定性、集成度、可重复使用、能够定量测量生物分子的数量的特点,因此这种新型的磁性生物芯片也是国际上的研究热点。新型的磁性生物芯片主要分为磁性测量部分,生物分子的磁标识以及电路测量部分。其中磁性测量部分,主要原理是利用自旋阀薄膜的巨磁电阻效应完成磁性测量。由于自旋阀薄膜将来的应用都是在室温环境下,因此,本文的主要工作旨在研究室温下,研究自旋阀薄膜的制备条件和性能优化。第一章介绍了生物芯片的概念和发展历史,第一代的光学生物芯片的工作原理,也着重介绍了新型的第二代磁性生物芯片的工作过程,本论文的工作在第二代磁性生物芯片中的作用,以及本论文的工作内容和创新点。第二章介绍了自旋电子学的研究对象及内容,以及巨磁电阻效应的概念。还介绍了利用巨磁电阻效应制备的自旋阀的结构和工作原理,自旋阀中铁磁/反铁磁双层膜怎样形成交换偏置作用。自旋阀不仅在新型的磁性生物芯片中有重要应用,本章最后还介绍了自旋阀巨磁电阻在其他领域的应用。第三章介绍了自旋输运的物理机制。对自旋电子学的几个重要物理概念作了解释,并介绍了自旋电子学中经典的一个物理模型,即基于Mott二流体电阻的磁电阻物理模型。第四章中首先介绍了磁控溅射工艺,包括它的原理、技术和镀膜所用到的设备,其次介绍了自旋阀薄膜的退火处理。在本章中的最后还详细描述了本文中的磁电阻值的测量设备、方法和原理。第五章的主要内容是对自旋阀薄膜进行了全层优化,以提高自旋阀的磁电阻值,降低矫顽力,提高工作场。首先介绍了本论文自旋阀的结构,其次分别对自旋阀薄膜的反铁磁层IrMn被钉扎层CoFe、隔离层Cu、自由层NiFe/CoFe和Ta缓冲层进行了优化。本章最后还分别对自旋阀的矫顽力做了分析,也对自旋阀薄膜的高频特性做了测试与分析。最后一章对全文进行了总结,通过本文的优化处理方案,研制出了高磁电阻率、低矫顽力和大交换偏置场的自旋阀。自旋阀的GMR值可以达到6.5%,自由层矫顽力为2.40e,交换偏置场为2000e,并且在5.2G的高频下有共振峰。分析了本论文工作中存在的问题,并提出了一些改进的想法。还对后续部分的工作做了介绍。