[发明专利]磁性薄膜结构以及含有其的磁敏传感器器件、应用方法

权利要求书

1. 一种用于微波探测的磁敏传感器，该磁敏传感器为两端器件，包含磁性薄膜结构，其特征在于，该磁性薄膜结构有且仅有两个磁性层，磁性薄膜结构从上至下依次为：第二磁性层、非磁层及第一磁性层；所述第一磁性层具有固定磁化方向，第二磁性层具有不同的初始可变的磁化方向，同时，第一磁性层矫顽力Hc1与第二磁性层矫顽力Hc2满足Hc1＞Hc2，纳米磁性薄膜结构具有自旋整流效应； 所述非磁层材料为非磁金属、非磁半导体或非磁绝缘体;

还包含衬底、缓冲层及覆盖层；

所述缓冲层设置在衬底上，所述第一磁性层设置在所述缓冲层上；所述覆盖层设置在第二磁性层上；

所述第一磁性层、第二磁性层分别与两个电极接口导通，分别为第一磁性层第 一电极、第一磁性层第二电极、第二磁性层第一电极及第二磁性层第二电极。

2.根据权利要求1所述的用于微波探测的磁敏传感器，其特征在于，

所述第一磁性层可为铁磁材料层，铁磁材料层与非磁材料层构成的人工反铁磁结构，或铁磁材料与反铁磁合金材料构成的直接钉扎结构，或铁磁材料、反铁磁合金材料和非磁材料构成的间接钉扎结构；所述人工反铁磁结构是指FM/NM/FM；

所述直接钉扎结构是指反铁磁层AFM直接和铁磁层FM接触构成AFM/FM结构；所述的间接钉扎结构是指在反铁磁层和铁磁层之间插一层很薄的非磁性金属层即AFM/NM/FM结构，或者，插入复合层构成AFM/FM/NM/FM结构。

3.根据权利要求1所述的用于微波探测的磁敏传感器，其特征在于，第二磁性层可为铁磁材料层，铁磁材料层与非磁材料层构成的人工反铁磁结构，所述人工反铁磁结构是指FM/NM/FM。

4.一种将如权利要求1至3任一项所述的磁敏传感器磁电阻率放大和输出电压窗口进行调制的方法，其特征在于，施加直流工作电流的同时给予所述磁性薄膜结构或相应磁敏传感器-30dBm～20dBm，频率在0.1GHz～70GHz的时变电磁激励。

5.根据权利要求4所述的磁敏传感器磁电阻率放大和输出电压窗口进行调制的方法，其特征在于：实现时变电磁激励的方式为直接注入微波电流，或利用微波磁场与第二磁性层耦合产生的磁共振，或利用微波电场与第二磁性层作用产生的电场导致的磁共振。

6.一种将如权利要求1所述的磁敏传感器进行频率已知的微波功率的探测方法，其特征在于，包含如下步骤：定标：在给定磁场条件下，向所述磁性薄膜结构或相应磁敏传感器中注入指定已知频率下的不同功率的微波，测量第一磁性层与第二磁性层之间的电压值，并将该电压值与微波功率对照记录；

测量：在相同给定磁场条件下，输入待测功率微波，并测量第一磁性层与第二磁性层之间的电压值，利用上一步骤中的对照记录得出注入所述磁性薄膜结构或相应磁敏传感器中的微波的功率。

7.一种将如权利要求1所述的磁敏传感器进行未知频率的微波功率的探测方法，其特征在于，

包含如下步骤：

定标：在给定磁场条件下，通过测量不同指定频率下不同功率微波下磁性薄膜结构或相应磁敏传感器磁电阻率，获得不同频率与功率与磁电阻率的对应关系表；

测量：在相同给定磁场条件下，向所述磁性薄膜结构或相应磁敏传感器中注入待测微波，并测量磁性薄膜结构或相应磁敏传感器的磁电阻率，根据该磁电阻率对照对应关系表获取待测微波功率。

8.如权利要求7所述的探测方法，其特征在于，注入待测微波后，测量磁性薄膜结构或相应磁敏传感器的磁电阻率的方法包括如下步骤：

对磁性薄膜结构或相应磁敏传感器施加直流工作电流I0，对于给定的磁场H测量第二磁性层与第一磁性层之间电压V'(H)；

利用外磁场调节所述第二磁性层磁化方向与第一磁性层反向平行，对第一磁性层施加直流工作电流I0，测量第二磁性层与第一磁性层之间电压V'AP；

计算实时磁电阻率MR'=(R'AP-R'(H))/R'AP其中，R'AP=V'AP/I0R'(H)=V'(H)/I0。

9.如权利要求8所述的探测方法，其特征在于，注入待测微波后，测量磁性薄膜结构或相应磁敏传感器磁电阻率的方法包括如下步骤：

测量待测微波下的磁电阻率MR'后，利用至少一个已知衰减分贝数为P-a的衰减器将待测微波衰减后注入磁性薄膜结构或相应磁敏传感器，并再次测量磁性薄膜的磁电阻率；利用多次测量的结果同时对照对应关系表以同时获取待测微波功率和/或频率。