[發明專利]基于面外磁各向異性層的自旋霍爾納米振蕩器及制備方法

有效

• 申請號: 201811298649.0
• 申請日: 2018-11-02
• 公開（公告）號: CN109437087B
• 公開（公告）日: 2020-07-21
• 發明（設計）人: 金立川;賈侃成;張岱南;鐘智勇;楊青慧;張懷武;李頡;唐曉莉
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: B81B3/00
• 分類號: B81B3/00;H01L43/06;H01L43/10;H01L43/14;H03B15/00
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 吳姍霖

一種基于面外磁各向異性層的自旋霍爾納米振蕩器，屬于微波電子設備技術領域。所述納米振蕩器包括基片，以及依次形成于基片之上的面外磁各向異性的磁性薄膜層和非磁性重金屬薄膜層。本發明提供的一種基于面外磁各向異性層的自旋霍爾納米振蕩器中，磁性薄膜層具有面外磁各向異性，相比于傳統的基于面內磁各向異性的磁性材料，在相同的驅動電流密度下，面外磁各向異性磁性材料能夠獲得更大的磁矩進動角和微波輸出功率；同時，通過調節電流強度可實現不同功率的高頻微波輸出，輸出微波信號性能良好，且結構簡單，功耗低，與CMOS工藝相兼容，易于集成。

技術領域

本發明屬于微波電子設備技術領域，具體涉及一種基于面外磁各向異性材料的自旋霍爾納米振蕩器及其制備方法。

背景技術

現代移動通信中常用的微波源振蕩器主要有壓控LC振蕩器和晶體振蕩器等。其中，壓控LC振蕩器的電路設計靈活，成本低，易實現正弦波輸出和可調頻率輸出，但是，這種振蕩器的體積大(微米量級)、頻率較低(如GPS：1.6GHZ；GSM：850MHZ；WCDMA：2GHZ)，且頻率調節范圍小(20％)。而石英晶體振蕩器雖然輸出頻率精度較高，但其使用頻率單一，無法調節。

近年來，有研究者提出了基于自旋轉矩效應的自旋微波振蕩器，這類振蕩器的基本結構為磁性膜(FM1)/非磁性膜(NM)/磁性膜(FM2)形成的三明治結構，被FM1層自旋極化的電子穿過NM層，可以對磁性薄膜FM2內的磁矩產生一個力矩的作用，但其受到自旋極化率的制約，在實現微波振蕩的過程中往往需要較高的電流密度，這不僅增大了能耗，產生的噪聲也會影響輸出的微波信號的質量。因此，隨著移動通信和衛星通信的迅速發展，對微波振蕩器件的小型化、集成化、低功耗和高頻可調的要求越來越迫切。

發明內容

本發明的目的在于針對背景技術存在的缺陷，提出了一種結構簡單、成本低廉、易與CMOS技術集成的基于面外磁各向異性材料的自旋霍爾納米振蕩器及其制備方法。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種基于面外磁各向異性層的自旋霍爾納米振蕩器，其特征在于，所述納米振蕩器包括基片，以及依次形成于基片之上的面外磁各向異性的磁性薄膜層和非磁性重金屬薄膜層。

進一步地，所述磁性薄膜層具有面外磁各向異性，相比于傳統的基于面內磁各向異性的磁性材料，在相同的驅動電流密度下，面外磁各向異性磁性材料能夠獲得更大的磁矩進動角和微波輸出功率。

進一步地，所述磁性薄膜層為銩鐵石榴石(Tm₃Fe₅O₁₂)、鉍摻雜的銩鐵石榴石((TmBi)₃(FeGa)₅O₁₂)或溴化鉻等具有面外磁各向異性的磁性薄膜層。

進一步地，所述非磁性重金屬薄膜層為強自旋軌道耦合材料，具體為鉭(Ta)、鉑(Pt)、金(Au)、鎢(W)或Bi₂Te₃等。

進一步地，所述磁性薄膜層的厚度為1nm～50μm，優選為1nm～1μm。

進一步地，所述非磁性重金屬薄膜層為1nm～50nm。

本發明還提供了一種基于面外磁各向異性層的自旋霍爾納米振蕩器的制備方法，具體包括以下步驟：

步驟1、清洗基片；

步驟2、在步驟1清洗干凈的基片上采用薄膜沉積工藝形成厚度為1nm～50μm的磁性薄膜層；

步驟3、采用薄膜沉積工藝，在步驟2得到的磁性薄膜層上形成厚度為1nm～50nm的非磁性重金屬薄膜層，得到磁性薄膜層和非磁性重金屬薄膜層雙層異質結構；

步驟4、采用刻蝕工藝在步驟3得到的異質結構上制作振蕩器圖形和電極，得到所述納米振蕩器。