[發明專利]利用皮秒電脈沖的磁動力學測試系統

在審

• 申請號: 202110436617.8
• 申請日: 2021-04-22
• 公開（公告）號: CN113359071A
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 趙巍勝;肖晨;張博宇;蔡文龍;魏家琦
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01R33/12
• 分類號: G01R33/12
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 董驍毅;葉明川

本發明提供一種利用皮秒電脈沖的磁動力學測試系統，包括：電脈沖發生裝置、射頻傳輸裝置以及時間分辨率磁光克爾子系統。其中，所述電脈沖發生裝置用于產生皮秒級電脈沖；所述射頻傳輸裝置包括射頻橋接探針，用于通過傳輸線接收所述電脈沖發生裝置產生的皮秒級電脈沖，并將所述皮秒級電脈沖傳輸至待測樣品；所述時間分辨率磁光克爾子系統，用于向所述待測樣品發射激光信號，接收所述待測樣品表面的反射信號，并根據所述反射信號判斷所述待測樣品當前的磁化狀態。本發明的磁動力學測試系統可利用皮秒電脈沖探究更高時間精度的磁矩動力學行為；通過設置射頻傳輸結構，可以實現電脈沖發生裝置和待測樣品的分離，便于對其它樣品進行測試。

技術領域

本發明涉及磁性存儲器技術，特別涉及一種利用皮秒電脈沖的磁動力學測試系統。

背景技術

快速、低功耗地計算與存儲是集成電路行業追求的目標之一。基于自旋電子學的磁性隨機存儲器(MRAM)，在速度、功耗和非易失性等方面表現優異，它有望為后摩爾時代超低功耗集成電路系統的發展奠定基礎。MRAM的基本單元是磁隧道結(MTJ)，MTJ的核心部分是由兩鐵磁層(自由層和參考層)夾著一勢壘層構成，通過磁場、電流等對自由層磁化翻轉進行調控，以實現高低(1/0)阻態。磁隧道結的寫入方式有多種，其中電流驅動被認為是實現低功耗和快速翻轉的有效手段之一。基于自旋轉移矩(STT)，可以實現磁化狀態的納秒級翻轉。借助自旋軌道力矩(SOT)，脈寬200ps的電流脈沖即可實現自由層磁化翻轉，而某些體系如反鐵磁結構中磁矩行為甚至達皮秒量級。為研究新的材料體系與磁化翻轉機制，人們迫切需要探索更小時間尺度的參數特性。因此，隨著MRAM領域日新月異，基于十皮秒級電脈沖對自旋電子器件超快磁動力學的相關效應進行研究，對推動高速低功耗磁存儲器的研究及應用具有重要價值。然而，現有的方案難以實現基于十皮秒級電脈沖的磁動力學表征系統的搭建，或無法形成通用測試平臺和待測器件分離，或無法保證DC～百GHz信號傳輸的極限帶寬，或不具備磁化狀態實時觀測的功能。

發明內容

為了解決現有技術中存在的問題，本發明提供一種利用皮秒電脈沖的磁動力學測試系統，包括：

電脈沖發生裝置，包括激光器、電壓源以及由光電材料層、絕緣層及傳輸線組成的電脈沖發生器，用于產生皮秒級電脈沖；

射頻傳輸裝置，包括射頻橋接探針，所述射頻橋接探針包括微波傳輸結構及分別對稱連接于所述微波傳輸結構兩端的第一探針組件和第二探針組件；所述第一探針組件與所述電脈沖發生裝置的傳輸線連接，以接收所述電脈沖發生裝置產生的皮秒級電脈沖；所述第二探針組件通過第一傳輸線與位于一多維度外部磁場內的待測樣品連接，以將所述皮秒級電脈沖傳輸至所述待測樣品；

時間分辨率磁光克爾子系統，用于向所述待測樣品發射激光信號，接收所述待測樣品表面的反射信號，并根據所述反射信號判斷所述待測樣品當前的磁化狀態。

在一實施例中，所述激光器用于產生飛秒激發光；

所述光電材料層包括一光控開關區，所述光控開關區用于響應所述激光器產生的飛秒激發光；

所述絕緣層形成于所述光電材料層上，其中，所述絕緣層與所述光控開關區對應的位置存在一開關結構，使所述光控開關區部分暴露或完全暴露；

所述傳輸線形成與所述絕緣層上，所述傳輸線包括電流傳輸線和至少一條地信號傳輸線；其中，所述電流傳輸線包括第一段電流傳輸線及第二段電流傳輸線，所述開關結構位于所述第一段電流傳輸線與第二段電流傳輸線之間，且所述第一段電流傳輸線及第二段電流傳輸線相對端分別與所述開關結構的相對邊對齊；

所述電壓源與所述第一段電流傳輸線連接，并輸出一偏壓。

在一實施例中，所述微波傳輸結構包括信號通道、屏蔽層以及中間介質；

所述探針組件包括一第一探針和至少一個第二探針；