Chế tạo và nghiên cứu một số cấu trúc spin - điện tử micrô - nano ứng dụng trong chíp sinh học

ĐạI HọC QUốC GIA Hà NộI TRƯờNG ĐạI HọC CÔNG NGHệ BùI ĐìNH Tú CHế TạO Và NGHIÊN CứU MộT Số CấU TRúC SPIN - ĐIệN Tử MICRÔ-NANÔ ứNG DơNG TRONG CHÝP SINH HäC LN ¸N TIÕN SÜ VËt Liệu Linh kiện naNô Hà Nội, 2013 140 ĐạI HọC QUốC GIA Hà NộI TRƯờNG ĐạI HọC CÔNG NGHệ _ BïI ĐìNH Tú CHế TạO Và NGHIÊN CứU MộT Số CấU TRúC SPIN - ĐIệN Tử MICRÔ-NANÔ ứNG DụNG TRONG CHíP SINH HọC Chuyên ngành: Vật liệu Linh kiện Nanô MÃ số: Chuyên ngành đào tạo thí điểm LUậN áN TIếN Sĩ Vật Liệu Linh kiện nanô Ng-ời h-ớng dÉn khoa häc TS TrÇn MËu Danh GS.TS Nguyễn Hữu Đức Hà Nội, 2013 141 LI CAM OAN Tôi xin cam đoan kết nghiên cứu khoa học luận án kết cán hướng dẫn Các xuất công bố chung với các hướng dẫn khoa học đồng nghiệp nước đồng ý văn đồng tác giả trước đưa vào luận án Các kết trình bày luận án trung thực, chưa công bố sử dụng để bảo vệ cơng trình khác Người cam đoan Bùi Đình Tú 126 MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan Mục lục Danh mục ký hiệu chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN CHÍP S INH HỌC DỰA TRÊN CÁC HIỆU ỨNG ĐIỆN TỪ 1.1 Mở đầu .4 1.2 Nguyên lý chung chíp sinh học 1.3 Các loại cảm biến dựa hiệu ứng từ 1.3.1 Cảm biến từ điện trở dị hướng 1.3.2 Cảm biến từ trở khổng lồ (GMR) .10 1.3.3 Cảm biến cấu trúc van-spin (SV) 12 1.3.4 Cảm biến dựa hiệu ứng Hall thường 13 1.3.5 Cảm biến dựa hiệu ứng từ điện trở xuyên hầm (TMR) 14 1.3.6 Cảm biến dựa hiệu ứng Hall phẳng (PHE) .15 1.3.7 So sánh nhận xét 24 1.3.8 Lựa chọn vật liệu chế tạo cảm biến Hall phẳng 25 1.4 Kết luận 27 Chương 2: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 28 2.1 Chế tạo màng mỏng phương pháp phún xạ ca-tốt 28 2.1.1 Thiết bị phún xạ ATC-2000FC 28 2.1.2 quy trình chế tạo mẫu màng mỏng có hiệu ứng Hall phẳng 30 2.1.3 Các cấu trúc màng nghiên cứu 32 127 2.2 Khảo sát tính chất điện từ vật liệu cảm biến 34 2.2.1 Đo đường cong từ trễ hệ đo từ kế mẫu rung 34 2.2.2 Đo hiệu ứng từ-điện trở 35 2.2.3.Đo hiệu ứng Hall phẳng 36 2.3 Phương pháp thực nghiệm chế tạo linh kiện .38 2.3.1 Thiết bị quang khắc MJB4 .39 2.3.2 quy trình quang khắc chế tạo cảm biến Hall phẳng 40 2.4 Kết luận 43 Chương NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA VẬT LIỆU CẢM BIẾN 44 3.1 Tính chất vật lý màng NiFe/Cu/NiFe .44 3.1.1 Quá trình từ hóa màng NiFe/Cu/NiFe .45 3.1.2 Hiệu ứng từ-điện trở màng NiFe/Cu/NiFe .46 3.1.3 Hiệu ứng Hall phẳng màng NiFe/Cu/NiFe .48 3.2 Tính chất vật lý màng hai lớp NiFe/IrMn 51 3.2.1 Cấu trúc tinh thể màng hai lớp NiFe/IrMn .51 3.2.2 Q trình từ hóa màng hai lớp NiFe/IrMn 53 3.2.3 Hiệu ứng từ điện trở màng hai lớp NiFe/IrMn .54 3.2.4 Hiệu ứng Hall phẳng màng cấu trúc hai lớp NiFe/IrMn .56 3.3 Nghiên cứu vật liệu có cấu trúc van-spin .57 3.3.1 Nghiên cứu cấu trúc van-spin với lớp sắt từ bị ghim CoFe 58 3.3.2 Nghiên cứu cấu trúc van-spin với lớp ghim NiFe CoFe 69 3.3.3 Nghiên cứu cấu trúc van-spin với lớp sắt từ tự NiFe có chiều dày thay đổi (NiFe(t f)/Cu/NiFe/IrMn) 74 3.3.4 Nghiên cứu cấu trúc van-spin với chiều dày lớp Cu thay đổi 86 3.4 Lựa chọn cấu trúc van-spin tối ưu cho độ nhạy cảm biến PHE 89 3.5 Kết luận 91 128 Chương THIẾT KẾ, CHẾ TẠO CẢM B IẾN VÀ THỬ NGHIỆM 92 PHÁT HIỆN HẠT TỪ 92 4.1 Thiết kế cảm biến .92 4.2 Phương pháp thực nghiệm khảo sát hoạt động cảm biến 96 4.3 Khảo sát đặc trưng cảm biến Hall phẳng .97 4.3.1 Cảm biến dựa cấu trúc hai lớp NiFe/IrMn .97 4.3.2 Cảm biến cấu trúc ba lớp NiFe(5)/Cu(1,2)/NiFe(2) n m 101 4.3.3 Cảm biến cấu trúc van-spin NiFe(26)/Cu(1,2)/NiFe(1)/IrMn(15) nm 102 4.4 Thử nghiệm phát hạt từ cảm biến Hall phẳng 103 4.4.1 Phương pháp thực nghiệm sử dụng cảm biến phát hạt từ 103 4.4.2 Phát hạt từ cảm biến cấu trúc hai lớp NiFe(20)/IrMn(15) n m 105 4.4.3 Khảo sát hạt từ với cảm biến van-spin 108 4.5 Kết Luận 110 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .112 DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 113 TÀI LIỆU THAM KHẢO 114 PHỤ LỤC 129 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT AMR Từ điện trở dị hướng BARC Vi dãy đếm hạt từ cDNA Một đoạn mã di truyển gen E Cường độ điện trường Ea Năng lượng dị hướng EJ Năng lượng tương tác Ep Thế Eto t Năng lượng tổng cộng FESEM Kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường FFM Sắt từ tự FM Sắt từ GM R Từ điện trở khổng lồ H Từ trường HC Lực kháng từ HE Hiệu ứng Hall thường Hint , Hex Trường tương tác trao đổi hai lớp từ HK Trường dị hướng J Mật độ dòng điện M Từ độ Ms Từ độ bão hòa NM Lớp không từ PFM Sắt từ bị ghim 130 PHE Hiệu ứng Hall mặt phẳng PHR Điện trở Hall mặt phẳng PL Lớp ghim từ S/N Mức tín hiệu/nhiễu SEM Kính hiển vi điện tử quét SP Phún xạ catốt TMR Từ điện trở xuyên ngầm tF Chiều dày lớp sắt từ tự Chiều dày lớp sắt từ bị ghim I Cường độ dòng chiều đặt vào cảm biến V Hiệu điện 131 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Các thông số đặc trưng cảm biến từ điện trở [59] 25 Bảng 1.2 Nhiệt độ Block số vật liệu 27 Bảng 2.1 Biểu diễn tốc độ lắng đọng trung bình màng mỏng theo thời gian điều kiện phún xạ: Công suất 30 W; chân không làm việc 310-3 Torr 31 Bảng 3.1 Các thông số nghiên cứu hiệu ứng Hall mặt phẳng màng thu từ thực nghiệm tính tốn lý thuyết chiều dày lớp Cu thay đổi .50 Bảng 3.2: Giá trị độ nhạy với từ trường đo màng tính theo thực nghiệm 65 Bảng 3.3 Các thơng số thu từ tính tốn lý thuyết hệ màng cấu trúc van-spin với lớp ghim CoFe có chiều dày khác 69 Bảng 3.4 Độ nhạy hiệu ứng Hall phẳng màng (S), Lực kháng từ (Hc), Trường dị hướng(HK), Trường tương tác trao đổi (HEX) hệ với lớp sắt từ bị ghim NiFe CoFe 73 Bảng 3.5 Giá trị xác định từ thực nghiệm lý thuyết .88 Bảng 4.1 Tính chất vật lý Dynabeads ® M-280 Streptavidin 105 132 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Sơ đồ biochip sử dụng công nghệ spin điện tử [28, 59, 63] Hình 1.2 Vịng cảm biến AMR để dị hạt từ (a); trạng thái điện trở nhỏ dòng điện I song song với từ độ M vòng (b); trạng thái điện trở lớn dòng điện I vng góc với từ độ M vịng (c) [53] .9 Hình 1.3 Hình minh họa trình dẫn điện màng đa lớp GMR Sự tán xạ khác tạo điện trở khác lớp phản song song (2a) song song (2b)của s ự xếp từ độ, thể qua quãng đường tự trung bình lớn lớp song song [73] 11 Hình 1.4 Cảm biến GMR, a) trạng thái điện trở cao b)trạng thái điện trở thấp cảm biến GMR .11 Hình 1.5 Hiệu ứng từ điện trở khổng lồ biểu diễn tỉ số R/R(H=0) màng mỏng đa lớp (Fe/Cr) [73] 12 Hình 1.6 Cảm biến cấu trúc van-spinphát hạt từ [63] 13 Hình 1.7 Sơ đồ cảm biến TMR phát hạt từ .14 Hình 1.9 Đường đặc trưng điện áp Hall phẳng theo từ trường mô theo mơ hình Stonner – Wohlfarth [40] 16 Hình 1.11 (a) Đường cong tính tốn phương pháp cực tiểu hóa lượng (b) Đường mô thay đổi điện trở Hall dựa mơ hình lượng Stoner-Wohlfarth [63] 21 Hình 1.12 Cảm biến Hall phẳng phát hạt từ [63] 22 Hình 1.13 Hạt từ (bead) với mơ-men m, vị trí bề mặt cảm biến Hạt từ từ hóa từ trường H, tạo từ trường theo hướng ngược lại m biến 23 Hình 2.1 Thiết bị phún xạ catot ATC-2000FC 29 133 * Cảm biến cấu trúc van-spin NiFe(26)/Cu(1,2)/NiFe(1)/IrMn(15) nm - Độ nhạy từ trường cảm biến S = 15,6µV/Oe dịng cấp mA tương đương với độ nhạy S = 15,6 m/Oe - Cảm biến với kích thước lớn 50×50 μ m2 phát có mặt từ đến hạt hạt từ Dynabeads ® M-280 cho thay đổi tín hiệu đạt giá trị V5 đến 10,5 µV với dòng cấp mA 111 KẾT LUẬN Các vật liệu cho cảm biến dựa hiệu ứng Hall phẳng nghiên cứu cách hệ thống dựa cấu trúc ba lớp FM/NM/FM; cấu trúc hai lớp AFM/FM có tương tác trao đổi cấu trúc tổ hợp hai loại cấu trúc - cấu trúc van spin AFM/FM/NM/FM Các tính chất vật lý cấu trúc vật liệu nghiên cứu đầy đủ, bao gồm phân tích cấu trúc tinh thể, từđộ q trình từ hóa, hiệu ứng từ điện trở hiệu ứng Hall phẳng Các kết nghiên cứu giúp cho tác giả có cách nhìn tổng thể chế vật lý ảnh hưởng cấu trúc lên đặc trưng vật liệu Các kết khẳng định thông qua kết mô lý thuyết dựa mơ hình Stoner-Wohlfarth Với cấu hình tối ưu cho hiệu ứng Hall phẳng, độ nhạy từ trường đạt 2,5 µV/Oe cấu trúc hai lớp AFM/FM; 8,1 µV/Oe cấu trúc ba lớp đạt giá trị lớn 15,6 µV/Oe cấu trúc van-spin Sử dụng cấu trúc vật liệu tối ưu, cảm biến với kích thước vùng hoạt động khác 33 µm2 , 5050 µm2 thiết kế chế tạo Với dòng điện cấp cho cảm biến I = mA, cảm biến chế tạo phát đơn hạt từ DynabeadsM-280 cho tín hiệu  2,2 µV.Khi tăng cường độ dịng điện cấp cho cảm biến, tín hiệu lối tăng tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện, phạm vi dòng nghiên cứu từ 0,5 mA đến 20 mA Kết nghiên cứu luận án tiếp tục nghiên cứu phát triển để ứng dụng Bệnh viện Bạch Mai chương trình nghiên cứu “Chế tạo cảm biến sinh học dựa cấu trúc từ kích thước micro -nano ứng dụng chẩn đốn nguyên Streptococcus suis gây bệnh viêm màng não” Trong q trình thực hiệnluận án, đóng góp vào lắp đặt, vận hành chuẩn hóa quy trình cơng nghệ chế tạo nghiên cứu số thiết bị chủ yếu liên quan đến luận án nằm Dự án "Tăng cường lực nghiên cứu triển khai vật liệu linh kiện theo công nghệ micro nano" (2006 - 2009) Đại học Quốc gia Hà Nội 112 DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN [1] Bui Dinh Tu, Tran Quang Hung, Nguyen Trung Thanh, Tran Mau Danh, Nguyen Huu Duc, CheolGi Kim (2008), “Planar Hall bead array counter microchip with NiFe/IrMn bilayers”, Journal of Applied Physics104, pp 074701-074704 [2] Bui Dinh Tu, Le Viet Cuong, Tran Quang Hung, Do Thi Huong Giang, Tran Mau Danh, Nguyen Huu Duc, and CheolGi Kim (2009) “Optimization of Spin-Valve Structure NiFe/Cu/NiFe/IrMn for Planar Hall Effect Based Biochips”, IEEE Transactions on Magnetics 45, pp 2378 – 2382 [3] Bui Dinh Tu, Le Viet Cuong, Do Thi Huong Giang, Tran Mau Danh, Nguyen Huu Duc (2009), Optimization of planar hall effect sensor for magnetic bead detection using spin-valve NiFe/Cu/NiFe/IrMn structures, Journal of Physics: Conference Series 187, pp 012056 – 012062 [4] Bui Dinh Tu, Le Viet Cuong, Nguyen Ngoc Khoai, Do Thi Huong Giang, Pham Duc Thang, Tran Mau Danh and Nguyen Huu Duc (2009), “Study of effect of layer Cu in spin-valve structure NiFe/Cu/NiFe/IrMn to sensitivity of planar hall sensor applicated in biochips”, Proceeding of International Workshop on Nanotechnology and Application (IWNA) Vung Tau, Viet Nam, pp 483-486 [5] Bui Dinh Tu, Tran Mau Danh, Nguyen Huu Duc, Hai Binh Nguyen (2012), “Influence of CoFe and NiFe pinned layers on sensitivity of planar Hall biosensors basedon spin-valve structures”, Adv Nat Sci.: Nanosci Nanotechnol 3, pp 045019-045023 [6] Bui Dinh Tu, Tran Mau Danh, Nguyen Huu Duc, Hai Binh Nguyen (2013), “High-sensitivity planar Hall sensor based on simple giant magneto resistance NiFe/Cu/NiFe structure for biochip application”, Adv Nat Sci.: Nanosci Nanotechnol 4, pp 015017-015021 113 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] A D Henriksen, B T Dalslet, D H Skieller, K H Lee, F Okkels, and M F Hansena (2012), “Planar Hall effect bridge magnetic field sensors”, Journal of Applied Physics Letters 97, pp 013507-1 – 013507-3 [2] A P Malozemoff (1987), “Random-field model of exchange anisotropy at rough ferromagnetic-antiferromagnetic interfaces”, Physical Review B 35, pp 3679 – 3682 [3] A P Malozemoff(1988), “Mechanisms of exchange anisotropy”, Journal of Applied Physics63(8), pp 3874 – 3879 [4] A Persson, R.S Bejhed, F.W Østerberg, K Gunnarsson, H Nguyen, G Rizzi, M.F Hansen, P Svedlindh (2013), “Modelling and design of planar Hall effect bridge sensors for low-frequency applications”, Sensors and Actuators A: Physical 189 (15), pp 459 – 465 [5] B D Cullity (1972), Introduction to Magnetic Materials, University of Notre Dame, Addison-Wesley Publishing Company [6] B Dieny, V S Speriosu, S Metin, S S P Parkin, B A Gurney, P Baumgart, and D R Wilhoit (1991), “Magnetotransport properties of magnetically soft spin-valve structures”, Journal of Applied Physics69, pp 4774 – 4779 [7] B T Dalslet, C D Damsgaard, M Donolato, M Strømme, M Strö mberg, P Svedlindh, M F Hansen (2011), “Bead magnetorelaxo metry with an onchip magnetores istive sensor”, Lab on a Chip11, pp 296 – 302 [8] Baker, Monya (2011), “A living system on a chip”,Nature 471(7340), pp 661– 665 [9] Barrios , Carlos (2012), “Integrated microring resonator sensor arrays for labson-chips”, Analytical and Bioanalytical Chemistry 403(6), pp.1467– 1475 [10] Bhatta D, Michel AA, Marti Villalba M (2011), “Optical microchip array biosensor for multiplexed detection of bio-hazardous agents”, Biosensor Bioelectron 30(1), pp 78–86 114 [11] Bui Dinh Tu, Le Viet Cuong, Do Thi Huong Giang, Tran Mau Danh, Nguyen Huu Duc(2009), “Optimization of planar hall effect sensor for magnetic bead detection using spin-valve NiFe/Cu/NiFe/IrMn structures”, Journal of Physics: Conference Series 187, pp 012056–012061 [12] Bui Dinh Tu, Le Viet Cuong, Tran Quang Hung, Do Thi Huong Giang, Tran Mau Danh, Nguyen Huu Duc, and CheolGi Kim (2009), “Optimization of Spin-Valve Structure NiFe/Cu/NiFe/IrMn for Planar Hall Effect Based Biochips ”, IEEE Transactions on Magnetics 45, pp 2378 – 2382 [13] Bui Dinh Tu, Tran Mau Danh, Nguyen Huu Duc, Hai Binh Nguyen (2012), “Influence of CoFe and NiFe pinned layers on sensitivity of planar Hall biosensors based on van-spinstructures”,Adv Nat Sci.: Nanosci Nanotechnol 3, pp 045019 – 045022 [14] Bui Dinh Tu, Tran Mau Danh, Nguyen Huu Duc, Hai Binh Nguyen (2013), “High-sensitivity planar Hall sensor based on simple GM RNiFe/Cu/NiFe structure for biochip application”, Adv Nat Sci.: Nanosci Nanotechnol 4, pp 015017 – 015020 [15] Bui Dinh Tu, Tran Quang Hung, Nguyen Trung Thanh, Tran Mau Danh, Nguyen Huu Duc and CheolGi Kim (2008), “Planar Hall bead array counter microchip with NiFe/IrMn bilayers”, Journal of Applied Physics104, pp 074701 – 074704 [16] C D Damsgaard, S C Freistas, P P Freistas, and M F Hansen(2008), “Exchange-biased planar Hall effect sensor optimized for biosensor applications”, Journal of Applied Physics103, pp 07A302 – 07A302-3 [17] C Tsang, N Heiman, K Lee (1981), “Exchange induced unidirectional anisotropy at FeMn-Ni80 Fe20 interfaces ”, Journal of Applied Physics52, pp 2471 – 2473 [18] Cherif B, Villiers CL, Paranhos-Baccala G (2006), “Design and application of a microarray for fluorescence and surface plasmon resonance imaging 115 analysis of peptide-antibody interactions”, J Biomed Nanotech 2(1), pp 29–35 [19] Chia-Hsien Yeh, Yu-Huai Chang, Hong-Ping Lin, Tsung-Chain Chang, YuCheng Lin (2012), “A newly developed optical biochip for bacteria detection based on DNA hybridization”, Sensors and Actuators B: Chemical 161(1), pp 1168 – 1175 [20] D J Monsma(1998), The spin valve transistor, PhD thesis, University of Twente [21] D K Wood, K K Ni, D R Schmidt, and A N Cleland (2005) “Submicron giant magnetoresistive sensors for biological applications”, Sensors and Actuators A120 (1),pp 1– [22] D L Graham, H A Ferreira, N Feliciano, P P Freitas, L A Clarke, M D.Amaral(2005), “Magnetic field-assisted DNA hybridisation and simultaneous detection using micron-sized spin-valve sensors and magnetic nanoparticles”, Sensors and Actuators B 107(2), pp 936 – 944 [23] D L Graham, H A Ferreira, P P Freitas, J M S Cabra (2003), “High sensitivity detection of molecular recognition using magnetically labelled biomolecules and magnetoresistive sensors”, Biosensors and Bioelectronics 18(4), pp 483 – 488 [24] D L Graham, H Ferreira, J Bernardo, P P Freitas, J M S Cabral (2002), “Single magnetic micros phere placement and detection on-chip using current line designs with integrated spin valve sensors: Biotechnological applications”, Journal of Applied Physics91(10), pp 7786 – 7788 [25] D L.Graham, H A Ferreira, P P Freitas (2004), “Magnetoresistive-based biosensors and biochips”, Trends in Biotechnology 22(9), pp 455 – 462 [26] D Mauri, H C Sieg mann, P S Bagus, E Kay(1987), “Simple model for thin ferromagnetic films exchange coupled to an antiferromagnetic substrate”, Journal of Applied Physics62, pp 3047 – 3049 116 [27] D R Baselt, G U Lee, M Nates an, S W Metzger, P E Sheehan, R J Colton (1998), “A bios ensor based on magnetoresistance technology”, Biosensor and bioelectrics 13, pp 731 – 739 [28] David Sellmyer, Ralph Skomski(2006), “Advanced Magnetic Nanostructures”, Springer, pp 432 – 442 [29] E T Lacheisserie, D Gignoux, and M Schlenker (2002), Magnetism-II Fundamentals, Springer Science+Bus iness Media New York [30] Europhysics News (2003), “The new era of s pintronics”,European Physical Society34 (6), pp 227 – 229 [31] F W Østerberg, G Rizzi, T Zardán Gó mez de la Torre, M Strö mberg, M Strømme, P Svedlindh, M F Hansen (2012), “Meas urements of Brownian relaxation of magnetic nanobeads using planar Hall effect bridge sensors”, Biosensors and Bioelectronics40, pp 147 –152 [32] Figeys , D., Pinto, D (2000), “ Lab-on-a-chip: A revolution in biological and medical sciences”, Analytical Chemistry72 (9), pp 330A –335A [33] Francois Montaigne, Alain Schuhl, Frédéric Nguyen Van Dau, Armando Encinas (2000), “Development of magnetoresistive sensors based on planar Hall effect for applications to microcompass”, Sensors and Actuators A 81(1-3), pp 324 – 327 [34] G Mihajlovíc, P Xiong, S von Molnár, K Ohtani, H Ohno, M Field, and G J.Sullivan(2005), “Detection of single magnetic bead for biological applications using an InAs quantum-well micro-Hall sensor”, Applied Physics Letters87(11), 112502 – 112502-3 [35] Guan xiong Li, Vikram Jos hi, Robert L White, Shan X Wang, Jennifer T Kemp, Chris Webb, Ronald W Davis, Shoueng Sun (2003), “Detection of single micron-sized magnetic bead and magnetic nanoparticles using spin valve sensors for biological applications”, Journal of Applied Physics93(10), pp 7557 – 7559 117 [36] Gu iseppi-Elie, Anthony (2011), “An implantable biochip to influence patient outcomes following trauma-induced hemorrhage”,Analytical and Bioanalytical Chemistry399(1), pp 403 – 419 [37] H A Ferreira, D L Graham, P P Freitas,J M S Cabral (2003), “Biodetection using magnetically labeled biomolecules and arrays of spin valve sensors”, Journal of Applied Physics93(10), pp 7281 – 7286 [38] Ha Minh Hiep, Kagan Kerman, Tatsuro Endo, Masato Saito, Eiichi Tamiya (2010), “Nanostructured biochip for label-free and real-time optical detection of polymerase chain reaction”, Analytica Chimica Acta 661(1), pp 111 – 116 [39] Hadar Ben-Yoav, Peter H Dykstra, William E Bentley, Reza Ghodssi (2012), “Amicroflu idic-based diffus ion-restricted DNA electrochemical biochip hybridization analysis”, for label-free Biosensors and Bioelectronics 38(1), pp 114 – 120 [40] Hon-Wu Zhao, W N Wang, Y J Wang, W S Zhan (2002), “Investigation of exchange bias in FeMnC/FeMn bilayers”, Journal of Applied Physics 91(10), pp 6893 – 6895 [41] J L Leal, M H Kryder (1996), “Oscillatory interlayer exchange coupling in Ni81 Fe19 /Cu/Ni81 Fe19/Fe50Mn50 spin valves”, Journal of Applied Physics79(5), pp 2801-2805 [42] J Schotter (2004), Development of a magnetoresistive biosensor for the detection of biomolecules, Ph D.Thesis in Physics, Bielefeld University, Germany [43] J Theytaz, T Braschler, H van Lintel, P Renaud, E Diesel, D Merulla, J van der Meer (2009), “Biochip with E coli bacteria for detection of arsenic in drinking water”, Procedia Chemistry 1(1), pp 1003 – 1006 [44] K Ishii (1989), “High-rate low kinetic energy gas-flow-sputtering system”, Journal of Vacuum Science & Technology A 7(2), pp 256-258 118 [45] K.M Chui, A.O Adeyeye, Mo-Huang Li(2007), “Detection of a single magnetic dot using a Planar Hall sensor”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials310, pp e992–e993 [46] Kricka, L.J.(2001), “Microchips, microarrays, biochips and nanochips: personal laboratories for the 21st century”, Clinica Chimica Acta307, pp 219-223 [47] Krishnan, M., Namasivayam, V., Lin, R., Pal, R., Burns, M.A.(2001), “Microfabricated reaction and separation systems”, Current Opinion in Biotechnology 12, pp 92–98 [48] L Ejsing, M F Hansen, A K Menon, H A Ferreira, D L Graham, P P Freitas (2004), “Planar Hall effect sensor for magnetic micro- and nanobead detection”, Applied Physics Letters84(23), pp 4729 - 4731 [49] Louise Ejsing, Mikkel F Hansen, Aric K Menon, Hugo A Ferreira, Daniel L Graha m, Paulo P Freitas(2005), “Magnetic microbead detection using the planar Hall effect”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 293, pp.677–684 [50] Louise Wellendorph Ejsing(2006), Planar Hall sensor for influenza immunoassay, Ph.D Thesis, Department of Micro and NanotechnologyTechnical University of Denmark, pp 21-30 [51] M A Parker, T L Hylton, K R Coffey, J K Howard (1994) “Microstructural origin of giant magnetoresistance in a new sensor structure based on NiFe/Ag discontinuous multilayer thin films”,Journal of Applied Physics75(10),pp.6382–6384 [52] M J Carey, A E Berkowit z (1992), “Exchange anisotropy in coupled films of Ni81 Fe19 with NiO and Co xNi1−xO”, Applied Physics Letters 60(24), pp 3060 -3062 [53] M M Miller, G A Prinz, S F Cheng, S Bounnak (2002), “Detection of a micron-sized magnetic sphere using a ring-shaped anisotropic magnetoresistance-based sensor: A model for a magnetoresistance-based biosensor”,Applied Physics Letters81(12), pp 2211-2213 119 [54] M M Miller, P E Sheehan, R L Edelstein, C R Tamanaha, L Zhong, S Bounnak, L J Whitman, R J Colton (2001), “A DNA array sensor utilizing magnetic microbeads and magnetoelectronic detection”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 225(1-2),pp 138–144 [55] M N Baibich, J M Broto, A Fert, F Nguyen Van Dau, F Petroff, P Etienne, G Creuzet, A Friederich, J Chazelas (1988) “Giant magnetoresistance of (001)Fe/Cr magnetic superlattices”, Physical Review Letters 61(21), pp 2472–2475 [56] M Ohring(2002), Materials Science of Thin Films- Deposition and Structure:Second edition, Academic Press, San Diego [57] M Ziese, M J Thornson (2001), Spin Electronics, Springer, Germany [58] Marius Volmer, Jenica Neamtu(2007), “Magnetic field sensors based on Permalloy multilayers and nanogranular films”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 316, pp e265–e268 [59] Mark Johnson (2004), Magnetoelectronics, Elsevier [60] Moo-Kyung Park, Kyung-Woo Kim, Dong June Ahn, Min-Kyu Oh (2012), “Label-free detection of bacterial RNA using polydiacetylene-based biochip”, Biosensors and Bioelectronics 35(1), pp 44-49 [61] Mouhssine Benlarbi, Loïc J Blu m, Christophe A Marquette (2012), “SU-8carbon composite as conductive photoresist for biochip applications”, Biosensors and Bioelectronics 38(1),pp 220 – 225 [62] N Koon (1997), “Calculations of Exchange Bias in Thin Films with Ferromagnetic/Antiferromagnetic Interfaces”, Physical Review Letters 78(25), pp 4865-4868 [63] N T Thanh (2007), Planar hall resistance sensor for biochip application, Ph.D Thesis, Chungnam National University, Korea [64] N T Thanh, B Parvatheeswara Rao, N H Duc,CheolGi Kim (2007), “Planar Hall resistance sensor for biochip application”, Phys Stat Sol A204(12), pp 4053-4057 120 [65] N T Thanh, K W Kim, C O Kim, K H Shin, C G Kim (2007), “Microbeads detection using Planar Hall effect in spin-valve structure”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 316(2), pp e238-e241 [66] N T Thanh, L T Tu, N D Ha, C O Kim, C G Kim, K H Shin, B P Rao (2007), “Thickness dependence of parallel and perpendicular anisotropic resistivity in Ta/NiFe/IrMn/Ta multilayer studied by anisotropic magnetoresistance and planar Hall effect”, Journal of Applied Physics 101, pp 053702.1-053702.5 [67] Nguyen Van Dau, A Schuhl, J R Childress, M Sussiau (1996), “Magnetic Sensors and sensors for nanotesla detection using planar Hall effect”, Actuators A: Physical 53(1), pp 256-260 [68] P Lunca Popa, G Dalmas, V Faramarzi, J F Dayen, H Majjad, N T Kemp, B Doudin (2011), “Heteronanojunctions with atomic size control using a labon-chip electrochemical approach with integrated microfluidics”, Nanotechnology22(21), pp.215302-215308 [69] Pierre-A Besse, Giovanni Boero, Michel Demierre, Vincent Pott, Radivoje Popovic(2002), “Detection of a single magnetic microbead using a miniaturized silicon Hall Sensor”,Applied Physics Letters80(22), pp 4199–4201 [70] Porter, J., O’Loan, N., Bell, B., Mahoney, J., McGarrity, M., McConnell, R , Fitzgerald, S (2012), “Development of an Evidence biochip array kit for the multiplex screening of more than 20 anthelmintic drugs”, Analytical and Bioanalytical Chemistry403(10), pp 3051–3056 [71] R Jungblut, R Coehoorn, M T Johnson, J Stegge, and A Reinders (1994), “Orientational dependence of the exchange biasing in molecular-beamepitaxy-grown Ni80 Fe20/Fe50 Mn 50 bilayers”, Journal of Applied Physics 75(10), pp 6659-6664 [72] R L Edelstein, C R Tamanaha, P E Sheehan, M M Miller, D R Baselt, L J Whitman, R J Colton (2000), “The BARC bios ensor applied to the 121 detection of biological warfare agents”, Biosensors and Bioelectronics14(1011), pp 805–813 [73] Robert C O’Handley (2000), Modern Magnetic Materials: Principles and Applications, John Wiley & Sons [74] Robert L White (1994), “Giant magnetoresistance materials and their potential as read head sensors” IEEE Transactions on Magnetics30(2), pp 346–352 [75] Rodolphe Marie, Silvan Schmid, Alicia Johansson, Louise Ejsing, Maria Nordstrom, Daniel Hafliger, Claus BV Christensen, Anja Boisen, Martin Dufva (2006), “Immobilisation of DNA to polymerised SU-8 photoresist”, Biosensors and Bioelectronics21(7), pp 1327–1332 [76] S Maekawa (2006), Concepts in Spin Electronics, Oxford University Press [77] S Tumanski (2001), Thin Film Magnetoresistive Sensors”, London, U.K IOP [78] Schuhl, F Nguyen Van Dau, and J R Childress (1995), “Low-field magnetic sensors based on the planar Hall effect”, Applied Physics Letters66(20), pp 2751-2763 [79] Sungkyu Seo, Maria Dobozi-King, Ryland F Young, Laszlo B Kish, Mosong Cheng (2008), “Patterning a nanowell sensor biochip for specific and rapid detection of bacteria”, Microelectronic Engineering 85(7), pp 1484 – 1489 [80] T Ambrose and C L Chien (1994), “Magnetic properties of exchange coupled NiFe/CoO/NiFe trilayers”, Journal of Applied Physics Lett 65(15), pp 1967-1969 [81] T Q Hung, S J Oh, B D Tu, N H Duc, L V Phong, S A Kumar, J-R Jeong, C G Kim (2009), “Sensitivity dependence of the planar Hall effect sensor on the free layer of the spin-valve structure”, IEEE Transactions on Magnetics 45(6), pp 2374-2377 [82] Tobias Hempel(2005), GMR Limits for Interlayer Coupled and Pinned Trilayers and New Concepts for GMR-Sensors, Dissertation, pp 127–140 122 [83] Tran Quang Hung (2010), High sensitivity magnetoresistive sensor for installing bioassay platform, Dissertation, Chungnam National University, Korea [84] V Mor, M Schultz, O Sinwani, A Grosz, E Paperno, L Klein (2012), “Planar Hall effect sensors with shape-induced effective single domain behavior, Journal of Applied Physics111, pp 07E519 – 07E519-3 [85] Véronique Gehanno, Paulo P Freitas, Anabela Veloso, João Ferreira, Bernado Almeida, J B Sous, A Kling, J C Soares, M F da Silva (1999), “Ion beam deposition of Mn-Ir spin valves”, IEEE Transactions on Magnetics 35(5), pp 4361–4367 [86] W Meiklejohn, C P Bean (1956), “New Magnetic Anisotropy”, Physical Review Letters102, pp 1413 – 1414 [87] W O Henry (1998), Noise reduction techniques in electronic systems, Second edition, John Wiley & Sons, New York, Inc [88] Wang, J.(2000), “From DNA bios ensors to gene chips”, Nucleic Acid Research28 (16), pp 3011–3016 [89] William C Cain, Mark H Kryder (1989), “Dual exchange biased NiFeTbCo unshielded MR heads for high density recording”, IEEE Transactions on Magnetics 25(5), pp 3695-3697 [90] Z Q Lu, G Pan, and W Y Lai (2001), “Planar Hall effect in NiFe/NiMn bilayers”, Journal of Applied Physics 90, pp 1414 – 1418 [91] Z Q Lu, G Pan, and Y K Zheng (2002), “Spin valves with canted pinning field”, Journal of Applied Physics91, pp 2161 – 2164 [92] Z Q Lu, G Pan, J Li and W Y Lai (2001), “Planar Hall effect and magnetoresistance in spin valve multilayers”,Journal of Applied Physics 89, pp 7215 – 7217 123 PHỤ LỤC Mã chương trình Mơ tính tốn lý thuyết dựa theo định luật Ơm mơ hình Stoner-Wohlfrath (sử dụng ngơn ngữ lập trình Mathlab) clear all; c los e all; clc; x0=.1; %Planar Hall Effect Calculation for angle of junction = 90 x=x0*pi/180; alpha=[-pi/2:.01:pi/2]; phi=0; Hex=5; R0=0.0000620; Ms =12; t=1; Hk=5; Ku=Hk*Ms /2; x1=90; a=[];% Nhập giá trị thực nghiệm- Thế cảm biến b=[];% Nhập giá trị thực nghiệm-từ trường %x1 is the angle between H and easy axis => x1 can varies from up to 90 %Eex=Ku*t*sin^2(anpha-phi)-Ms *t*H*cos(pi/2-anpha)-Ms*t*Hex*cos(anpha); H=(Ms*t*Hk*sin(alpha).*cos(alpha)+Hex*s in(alpha))./(Ms*t*sin(x1*pi/180alpha)); %H=(Hk*sin(alpha).*cos(alpha)+Hex*s in(alpha))./(cos(alpha+x)); %H=(Hk.*sin(alpha-x)); R=R0*sin(alpha).*cos(alpha); n=0; 124 for i=1:length(alpha) if (H(i)>=-100)&(H(i)