[發(fā)明專利]磁性薄膜結(jié)構(gòu)以及含有其的磁敏傳感器器件、應(yīng)用方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611140368.3
• 申請日: 2016-12-12
• 公開（公告）號: CN106597102B
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 余天;徐延浩;張兆偉
• 申請（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號: G01R27/02
• 分類號: G01R27/02
• 代理公司: 四川力久律師事務(wù)所 51221
• 代理人: 王蕓;熊曉果

1. 一種用于微波探測的磁敏傳感器，該磁敏傳感器為兩端器件，包含磁性薄膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，該磁性薄膜結(jié)構(gòu)有且僅有兩個磁性層，磁性薄膜結(jié)構(gòu)從上至下依次為：第二磁性層、非磁層及第一磁性層；所述第一磁性層具有固定磁化方向，第二磁性層具有不同的初始可變的磁化方向，同時，第一磁性層矯頑力Hc1與第二磁性層矯頑力Hc2滿足Hc1＞Hc2，納米磁性薄膜結(jié)構(gòu)具有自旋整流效應(yīng)； 所述非磁層材料為非磁金屬、非磁半導(dǎo)體或非磁絕緣體;

還包含襯底、緩沖層及覆蓋層；

所述緩沖層設(shè)置在襯底上，所述第一磁性層設(shè)置在所述緩沖層上；所述覆蓋層設(shè)置在第二磁性層上；

所述第一磁性層、第二磁性層分別與兩個電極接口導(dǎo)通，分別為第一磁性層第 一電極、第一磁性層第二電極、第二磁性層第一電極及第二磁性層第二電極。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于微波探測的磁敏傳感器，其特征在于，

所述第一磁性層可為鐵磁材料層，鐵磁材料層與非磁材料層構(gòu)成的人工反鐵磁結(jié)構(gòu)，或鐵磁材料與反鐵磁合金材料構(gòu)成的直接釘扎結(jié)構(gòu)，或鐵磁材料、反鐵磁合金材料和非磁材料構(gòu)成的間接釘扎結(jié)構(gòu)；所述人工反鐵磁結(jié)構(gòu)是指FM/NM/FM；

所述直接釘扎結(jié)構(gòu)是指反鐵磁層AFM直接和鐵磁層FM接觸構(gòu)成AFM/FM結(jié)構(gòu)；所述的間接釘扎結(jié)構(gòu)是指在反鐵磁層和鐵磁層之間插一層很薄的非磁性金屬層即AFM/NM/FM結(jié)構(gòu)，或者，插入復(fù)合層構(gòu)成AFM/FM/NM/FM結(jié)構(gòu)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于微波探測的磁敏傳感器，其特征在于，第二磁性層可為鐵磁材料層，鐵磁材料層與非磁材料層構(gòu)成的人工反鐵磁結(jié)構(gòu)，所述人工反鐵磁結(jié)構(gòu)是指FM/NM/FM。

4.一種將如權(quán)利要求1至3任一項所述的磁敏傳感器磁電阻率放大和輸出電壓窗口進(jìn)行調(diào)制的方法，其特征在于，施加直流工作電流的同時給予所述磁性薄膜結(jié)構(gòu)或相應(yīng)磁敏傳感器-30dBm～20dBm，頻率在0.1GHz～70GHz的時變電磁激勵。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁敏傳感器磁電阻率放大和輸出電壓窗口進(jìn)行調(diào)制的方法，其特征在于：實現(xiàn)時變電磁激勵的方式為直接注入微波電流，或利用微波磁場與第二磁性層耦合產(chǎn)生的磁共振，或利用微波電場與第二磁性層作用產(chǎn)生的電場導(dǎo)致的磁共振。

6.一種將如權(quán)利要求1所述的磁敏傳感器進(jìn)行頻率已知的微波功率的探測方法，其特征在于，包含如下步驟：定標(biāo)：在給定磁場條件下，向所述磁性薄膜結(jié)構(gòu)或相應(yīng)磁敏傳感器中注入指定已知頻率下的不同功率的微波，測量第一磁性層與第二磁性層之間的電壓值，并將該電壓值與微波功率對照記錄；

測量：在相同給定磁場條件下，輸入待測功率微波，并測量第一磁性層與第二磁性層之間的電壓值，利用上一步驟中的對照記錄得出注入所述磁性薄膜結(jié)構(gòu)或相應(yīng)磁敏傳感器中的微波的功率。

7.一種將如權(quán)利要求1所述的磁敏傳感器進(jìn)行未知頻率的微波功率的探測方法，其特征在于，

包含如下步驟：

定標(biāo)：在給定磁場條件下，通過測量不同指定頻率下不同功率微波下磁性薄膜結(jié)構(gòu)或相應(yīng)磁敏傳感器磁電阻率，獲得不同頻率與功率與磁電阻率的對應(yīng)關(guān)系表；

測量：在相同給定磁場條件下，向所述磁性薄膜結(jié)構(gòu)或相應(yīng)磁敏傳感器中注入待測微波，并測量磁性薄膜結(jié)構(gòu)或相應(yīng)磁敏傳感器的磁電阻率，根據(jù)該磁電阻率對照對應(yīng)關(guān)系表獲取待測微波功率。

8.如權(quán)利要求7所述的探測方法，其特征在于，注入待測微波后，測量磁性薄膜結(jié)構(gòu)或相應(yīng)磁敏傳感器的磁電阻率的方法包括如下步驟：

對磁性薄膜結(jié)構(gòu)或相應(yīng)磁敏傳感器施加直流工作電流I0，對于給定的磁場H測量第二磁性層與第一磁性層之間電壓V'(H)；

利用外磁場調(diào)節(jié)所述第二磁性層磁化方向與第一磁性層反向平行，對第一磁性層施加直流工作電流I0，測量第二磁性層與第一磁性層之間電壓V'AP；

計算實時磁電阻率MR'=(R'AP-R'(H))/R'AP其中，R'AP=V'AP/I0R'(H)=V'(H)/I0。

9.如權(quán)利要求8所述的探測方法，其特征在于，注入待測微波后，測量磁性薄膜結(jié)構(gòu)或相應(yīng)磁敏傳感器磁電阻率的方法包括如下步驟：

測量待測微波下的磁電阻率MR'后，利用至少一個已知衰減分貝數(shù)為P-a的衰減器將待測微波衰減后注入磁性薄膜結(jié)構(gòu)或相應(yīng)磁敏傳感器，并再次測量磁性薄膜的磁電阻率；利用多次測量的結(jié)果同時對照對應(yīng)關(guān)系表以同時獲取待測微波功率和/或頻率。