[發明專利]一種基于自旋泵浦效應的微波功率探測器及其制備方法

有效

• 申請號: 201710322407.X
• 申請日: 2017-05-09
• 公開（公告）號: CN106990284B
• 公開（公告）日: 2019-04-30
• 發明（設計）人: 金立川;張懷武;饒毅恒;鐘智勇;唐曉莉;楊青慧;文岐業;李頡
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01R21/08
• 分類號: G01R21/08
• 代理公司: 北京酷愛智慧知識產權代理有限公司 11514
• 代理人: 孟凡臣

本發明涉及微波電子設備技術領域，提供一種基于自旋泵浦效應的微波功率探測器及其制備方法，該基于自旋泵浦效應的微波功率探測器包括微納尺度器件，該微納尺度器件包括由磁性薄膜層和非磁性重金屬薄膜層組成的異質結構，非磁性重金屬薄膜層是在磁性薄膜層上生長所得；微納尺度器件的磁性薄膜層磁矩在微波激勵下發生鐵磁共振拉莫爾進動，自旋泵浦產生自旋流注入到非磁性重金屬薄膜層中，在逆自旋霍爾電壓的測試過程中，逆自旋霍爾電壓的磁場積分數值與微波功率的數值滿足一定線性關系，該探測器結構簡單，降低探測器制作成本，測試頻率范圍寬，測試微波功率的線性度高，應用范圍廣。

技術領域

本發明涉及微波電子設備技術領域，具體為一種基于自旋泵浦效應的微波功率探測器及其制備方法。

背景技術

隨著無線通信技術和應用的高速發展，環境電磁波呈現越來越復雜的趨勢，對人體和環境的影響也愈顯突出。人們需要價格低廉且有效的微波功率探測器來實現對環境電磁波的探測。此外，在一些雷達成像和雷達測速等應用方面，微波功率探測器也成為必不可少的核心元器件，應用數量極大。

傳統的微波探測器基于半導體的肖特基二極管器件，探測微波的頻率和功率范圍不夠大。

目前，市面上也存在基于自旋電子的磁隧道結(MTJ)的微波探測器，其利用的是自由層/隧道層/釘扎層多層膜的巨磁電阻效應，在微波輻照時，自由層磁矩進動產生磁阻變化探測微波場的功率。這種方法具有很高的靈敏度，達到75400mV/mW，而且體積也較小，但是磁隧道結器件光刻工藝復雜，由于隧穿層厚度在1nm左右，往往導致磁隧道結器件的一致性較差。

發明內容

為了克服上述所指出的現有技術的缺陷，本發明人對此進行了深入研究，在付出了大量創造性勞動后，從而完成了本發明。

具體而言，本發明所要解決的技術問題是：提供一種結構簡單、成本低廉、測量范圍廣的基于自旋泵浦效應的微波功率探測器。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案是：

一種基于自旋泵浦效應的微波功率探測器，所述基于自旋泵浦效應的微波功率探測器包括微納尺度器件，所述微納尺度器件包括由磁性薄膜層和非磁性重金屬薄膜層組成的異質結構，所述非磁性重金屬薄膜層是在所述磁性薄膜層上生長所得；

所述微納尺度器件的磁性薄膜層磁矩在微波激勵下發生鐵磁共振拉莫爾進動，自旋泵浦產生自旋流注入到所述非磁性重金屬薄膜層中，在所述逆自旋霍爾電壓的測試過程中，逆自旋霍爾電壓的磁場積分數值與微波功率的數值滿足一定線性關系。

作為一種改進的方案，所述逆自旋霍爾電壓的磁場積分數值與微波功率的線性度所滿足的比例為99.5％。

作為一種改進的方案，所述磁性薄膜層是釔鐵石榴石等磁性絕緣體薄膜，或，鎳鐵磁性薄膜層，或，鈷鐵磁性薄膜層，或，鈷鐵硼磁性薄膜層。

作為一種改進的方案，所述非磁性重金屬薄膜層是鉑Pt金屬薄膜層，或，鉭Ta金屬薄膜層，或鎢W金屬薄膜層。

作為一種改進的方案，所述磁性薄膜層的厚度為1nm至50μm，所述非磁性重金屬薄膜層的厚度為1nm至50nm。

本發明的另一目的在于提供一種基于自旋泵浦效應的微波功率探測器的制備方法，其特征在于，所述方法包括下述步驟：

在單晶基片上生長得到磁性薄膜層；

利用薄膜制備手段，在所述磁性薄膜層上生長得到納米厚度的非磁性重金屬薄膜層，形成異質結構；

采用微電子光刻工藝，對所述異質結構進行光刻和刻蝕，在所述異質結構上制作出微納圖形；

對具有所述微納圖形的異質結構再次進行光刻操作，在所述異質結構上制備出導電電極，制得微納尺度器件。