[發明專利]一種基于光控自旋微波振蕩器的光電轉換元件

有效

• 申請號: 201910098100.5
• 申請日: 2019-01-31
• 公開（公告）號: CN109873044B
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 趙巍勝;魏家琦;林曉陽;張博宇
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H01L31/068
• 分類號: H01L31/068;H01L31/0232
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

本發明公開一種基于光控自旋微波振蕩器的低功耗光電轉換元件核心單元，有兩種實現路徑，路徑一，采用光敏磁性材料作為自由層制備光可調控磁性隧道結。路徑二，將P型N型材料以及傳統磁性多層膜通過微納加工手段集成在一起制備復合型光可調控磁性隧道結。本發明一種基于光控自旋微波振蕩器的光電轉換元件，具有將光纖信號直接轉換為高頻微波電信號的功能。打破了長期以來主流的光信號——電信號——高頻射頻信號的通訊架構，直接降低了通訊過程中的功耗。本發明一種基于光控自旋微波振蕩器的光電轉換元件吸收了自旋微波振蕩器的諸多優點，不僅體積小、功耗低，而且微波輸出頻率寬頻可調，極具應用前景。

【技術領域】

本發明特別涉及一種基于光控自旋微波振蕩器的光電轉換元件，屬于納米微波振蕩器技術領域。

【背景技術】

隨著國際互聯網業務和通信業的飛速發展，信息化給世界生產力和人類社會的發展帶來了極大的推動。物聯網是新一代信息技術的重要組成部分，也是“信息化”時代的重要發展階段。當前物聯網通訊架構的主要特點是將遠距離通信技術及近距離通信技術相結合。遠距離通信技術以光纖通信為核心，光纖通信是以光為載波，利用純度極高的玻璃拉制成極細的光導纖維作為傳輸媒介，通過光電變換，用光來傳輸信息的通信系統。其優點主要有傳輸帶寬高、抗干擾性強、保密性好；近距離通信的局域網技術主要有WiFi、藍牙、ZigBee、LoRa等，其優點為功耗低、布置靈活且鋪設成本小。其中，遠距離通信主要用于上位機對下位機發出命令，下位機通過近距離組網通信技術和各傳感節點進行互聯。傳統的光收信機是實現光/電轉換的光端機。它由光檢測器和光放大器組成。其功能是將光纖或光纜傳輸來的光信號，經光檢測器轉變為電信號，然后，再將微弱的電信號經放大電路放大到足夠的電平送至下位機。而在實現下位機和多傳感節點互聯的過程中，微波近距離通信又扮演著重要的角色。因此，光信號——電信號——高頻射頻信號是實現物聯網通訊的主流手段。然而，隨著物聯網技術應用的大規模普及，如今，低功耗和低成本成為其主要發展方向。通常來說，對于一個物聯網系統，通訊模組的功耗常常占總功耗的一半以上，這為其進一步發展提出了嚴峻的挑戰。

【發明內容】

本發明的目的在于提供一種基于光控自旋微波振蕩器的光電轉換元件，以針對解決上述背景中提到的通訊模塊功耗較高的問題，本發明采用特殊材料制備的具有光可調制特性的自旋微波振蕩器不僅可以作為光敏元件直接接收光信號，同時自旋微波振蕩器的微波特性使其可以將接收到的信息傳輸出去，從而實現光信號——射頻信號的直接轉換，相比傳統的光信號——電信號——高頻射頻信號的通訊架構，這種新型光電轉換元件不僅簡化了通訊模組的硬件結構，結合自旋微波振蕩器的優勢，還可大幅度降低通訊過程的功耗。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下：本發明一種基于光控自旋微波振蕩器的光電轉換元件，該光電轉換元件為一種具備無線傳輸功能的光控自旋微波振蕩器；具體是將自旋微波振蕩器同光纖通信技術相結合，制作一種基于光控自旋微波振蕩器的具備無線傳輸功能的低功耗光電轉換元件。傳統光敏元件的核心是半導體PN結，根據光電效應的原理，當光纖傳輸的信號照射半導體材料構成的PN結，其吸收光能后將產生載流子，因此利用PN結的光電效應，從而將光信號轉換成電信號。

本發明一種基于光控自旋微波振蕩器的低功耗光電轉換元件核心單元有兩種實現路徑，路徑一，采用光敏磁性材料作為自由層制備光可調控磁性隧道結。路徑二，將P型N型材料以及傳統磁性多層膜通過微納加工手段集成在一起制備復合型光可調控磁性隧道結。光纖或其它光源信號垂直施加于表面。其生產流程是通過傳統的半導體生產后端工藝集成；針對兩個不同的路徑制備光控自旋微波振蕩器有兩種方案，可以是由下至上為底電極層/反鐵磁金屬混合層/第一磁性金屬/氧化物/光控磁性層/覆蓋層/透明頂電極層；亦可以是襯底層/P型(或N型)薄膜層/N型(或P型)薄膜層/反鐵磁金屬混合層/第一磁性金屬/氧化物/第二磁性金屬/覆蓋層/透明頂電極層。