在外加交變磁場中，在居里點溫度以下發生自發磁化，形成大量磁疇導致其長度或體積發生變化的現象，稱為磁致伸縮或磁致伸縮效應（Magneto-strictioneffects）。當外加交變磁場的頻率與磁性材料膜片的機械振動頻率相等時，磁片產生共振，此時振幅，對應的振動頻率為磁性膜片的共振頻率。生物傳感器檢測原理沒有細菌吸附前，生物傳感器的共振頻率為f；吸附細菌后，自重增加，共振頻率減低到f1。f與f1的差值即檢測靈敏度，當傳感器質量增加值相同時，檢測靈敏度取決于傳感器共振頻率。磁致伸縮傳感器（或稱磁彈性傳感器）中信號的激發與傳送通過磁場進行，傳感器與檢測儀器之間不需任何物理連接，也不需提供內部電源，屬于的無線無源（Wirelesspassive）傳感器。無線磁致伸縮傳感技術是近10年發展起來的新興傳感技術，它是基于磁致伸縮原理設計，敏感元件為無定形非晶薄膜合金，常用非晶態鐵／鎳基合金軟磁膜片，如e40Ni38Mo4B18（Metg1as2826MB）和FE81B13.5Si3.5c2。（Metg1as2605SC）合金。磁彈性傳感器無線無源特征決定了它在許多領域，如密閉不透明容器中的無損測定、活體分析和在線分析中具有其他傳感器所的優勢。近年來已研發了多種磁致伸縮材料傳感器，如溫度傳感器、黏度傳感器、pH傳感器、化學傳感器等。
已報道的許多磁致伸縮傳感器的研究是基于Metg1as TM2826MB合金，即由帶材切割成毫米級長方形來制備而成。傳感器的靈敏度與共振頻率成正比，與傳感器的原始質量成反比。因此，為了提高傳感器檢測靈敏度，減小傳感器尺寸和質量是一關鍵方法。帶狀傳感器材料由于本身尺寸較大，導致其靈敏度受到限制。本研究采用 MEMS 技術制備微尺度（500μｍ ×100μｍ ×10μｍ）磁 致伸縮傳感器。MEMS是MicroElectroMechanicalSystem的英文縮寫，也叫微電子機械系統，它是微電子技術和微加工技術相結合的制造工藝，能制造出性能優異的微型傳感器。然而，加工后發現MEMS制備的傳感器存在較大內應力，內應力的存在使傳感器振動和固有頻率受到影響，從而給檢測靈敏度帶來十分不利的影響。因此，本研究旨在通過熱處理方法減小或去除傳感器內應力，提高傳感器磁性能，提高檢測靈敏度。
1、實驗方法
采用MEMS 表面微加工技術制備微尺度磁致伸縮傳感器。工序包括：清洗晶片，用熱氧化法沉積一層250nm 的氧化層，用 Rohm&Haas公司提供的STR-1045光刻膠來進行光刻，噴濺磁沉積致伸縮薄膜以及最后的剝離技術以釋放傳感器。Met-galaTM2826MB帶材的成分是 Fe40Ni38Mo4B18，將其固定在直徑為3mm 的導電環氧樹脂制成的支撐板上。在氣壓為0.4Pa、功率為30W的直流電場條件下進行濺射沉積，MEMS 技術制備微尺度磁致伸縮傳感器具體技術細節在之前的文獻中已經描述過。剝離之后，將單個傳感器置于 FiSHERseien-tifie 公司生產的281A 型Isotemp真空干燥爐中進行退火，真 空度為 0.133Pa。采 用的退火溫度包括：100、150、200、 250 ℃和300 ℃；保溫時間為２ｈ，試樣在真空爐中冷卻至室溫。
利用 HP網絡分析儀來測定傳感器退火前后的共振頻率，再用數字化測量系統中振動樣品磁力計表征退火前后薄膜材料的磁學性能，使得同一平面內磁場互相垂直，以此來表征磁各向異性。
2、結果與討論
2.1MEMS技術制備的薄膜傳感器形貌
MEMS技術制備的非晶結構磁致伸縮薄膜傳感器。可見，傳感器內存在相當大的內應力，導致其發生彎曲。內應力產生的主要原因是：在沉積過程中，高溫的金屬分子沉積在基體上，引起基體和光刻膠溫度的增加，從而導致光刻膠和薄膜膨脹。由于光刻膠和 NiFe基薄膜材料的膨脹系數不同：光刻膠的膨脹系數大約為0.1‰K-1，而NiFe基薄膜材料的膨脹系數與硅相近，小于0.01K-1。熱膨脹系數的顯著差異導致磁性薄膜底層和光刻膠的界面處張應力逐漸增大。沉積之后，材料冷卻至室溫，傳感器整體產生壓應力，薄膜底部產生的壓應力（冷卻之前是張應力）較高，且在其頂部無應力，導致了傳感器的彎曲。剝離前的傳感器，薄膜中的壓應力導致傳感器向內彎曲，由于薄膜材料中的內應力作用，傳感器膜片與光刻膠模板發生了分離。
2.2真空熱處理對薄膜傳感器內應力影響
退火熱處理通?？梢詼p小薄膜材料內部的內應力。為了防止傳感器表面氧化，本研究采用真空退火工藝。 250 ℃真空熱處理退火后，傳感器（500μｍ×100μｍ×10μｍ）頂面和背面表面形貌，可看出雖然仍然存在少量橫向應力，但縱向應力基本得以消除。
2.3真空熱處理對薄膜傳感器磁性能影響
退火前后薄膜材料的典型的磁滯回線。磁致伸縮薄膜的矯頑力降低了大約318A/m，整體的能量損失也顯著降低了。當材料的磁化達到飽和時，2組磁滯回線開始重合，這樣的磁性能會產生穩定了共振頻率圖譜。熱處理前后的共振頻率，不同工藝退火后傳感器的共振頻率得到不同程度提高。測試 范圍內變化趨勢是：隨退火溫度提高，共振頻率增幅增加，150、200、250 和300 ℃ 真空退火后傳感器共振頻率分別提高3，9．8，16.5 和20.5kHz。然而， 300℃真空退火導致了波譜明顯寬化，將對檢測靈敏度帶來不利影響。因此，250 ℃ 是改善磁致伸縮傳感器綜合磁學性能的退火溫度。
共振頻率的變化可能是由以下2方面因素導致的：①退火處理減少了材料內部微缺陷，使材料的彈性模量降低，由此達到提高磁致伸縮材料共振頻率的效果；② 退火處理減小了內應力，使磁致伸縮材料振動阻力減小，因此信號幅度增大。
3.結 論
對MEMS技術制備的尺寸為500μｍ×100 ｍ×15μｍ 的微尺度磁致伸縮材料傳感器進行100～300 ℃不同溫度、保溫２ｈ 的真空退火處理，發現真空退火可減小或消除傳感器內應力，提高磁學性能， 250 ℃為改善微尺度磁致伸縮傳感器綜合磁學性能的退火溫度，該條件下傳感器內應力得到 釋放，共振頻率大幅度提高，且波譜質量好。
