[发明专利]一种基于自旋泵浦效应的微波功率探测器及其制备方法

说明书

本发明涉及微波电子设备技术领域，提供一种基于自旋泵浦效应的微波功率探测器及其制备方法，该基于自旋泵浦效应的微波功率探测器包括微纳尺度器件，该微纳尺度器件包括由磁性薄膜层和非磁性重金属薄膜层组成的异质结构，非磁性重金属薄膜层是在磁性薄膜层上生长所得；微纳尺度器件的磁性薄膜层磁矩在微波激励下发生铁磁共振拉莫尔进动，自旋泵浦产生自旋流注入到非磁性重金属薄膜层中，在逆自旋霍尔电压的测试过程中，逆自旋霍尔电压的磁场积分数值与微波功率的数值满足一定线性关系，该探测器结构简单，降低探测器制作成本，测试频率范围宽，测试微波功率的线性度高，应用范围广。

技术领域

本发明涉及微波电子设备技术领域，具体为一种基于自旋泵浦效应的微波功率探测器及其制备方法。

背景技术

随着无线通信技术和应用的高速发展，环境电磁波呈现越来越复杂的趋势，对人体和环境的影响也愈显突出。人们需要价格低廉且有效的微波功率探测器来实现对环境电磁波的探测。此外，在一些雷达成像和雷达测速等应用方面，微波功率探测器也成为必不可少的核心元器件，应用数量极大。

传统的微波探测器基于半导体的肖特基二极管器件，探测微波的频率和功率范围不够大。

目前，市面上也存在基于自旋电子的磁隧道结(MTJ)的微波探测器，其利用的是自由层/隧道层/钉扎层多层膜的巨磁电阻效应，在微波辐照时，自由层磁矩进动产生磁阻变化探测微波场的功率。这种方法具有很高的灵敏度，达到75400mV/mW，而且体积也较小，但是磁隧道结器件光刻工艺复杂，由于隧穿层厚度在1nm左右，往往导致磁隧道结器件的一致性较差。

发明内容

为了克服上述所指出的现有技术的缺陷，本发明人对此进行了深入研究，在付出了大量创造性劳动后，从而完成了本发明。

具体而言，本发明所要解决的技术问题是：提供一种结构简单、成本低廉、测量范围广的基于自旋泵浦效应的微波功率探测器。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种基于自旋泵浦效应的微波功率探测器，所述基于自旋泵浦效应的微波功率探测器包括微纳尺度器件，所述微纳尺度器件包括由磁性薄膜层和非磁性重金属薄膜层组成的异质结构，所述非磁性重金属薄膜层是在所述磁性薄膜层上生长所得；

所述微纳尺度器件的磁性薄膜层磁矩在微波激励下发生铁磁共振拉莫尔进动，自旋泵浦产生自旋流注入到所述非磁性重金属薄膜层中，在所述逆自旋霍尔电压的测试过程中，逆自旋霍尔电压的磁场积分数值与微波功率的数值满足一定线性关系。

作为一种改进的方案，所述逆自旋霍尔电压的磁场积分数值与微波功率的线性度所满足的比例为99.5％。

作为一种改进的方案，所述磁性薄膜层是钇铁石榴石等磁性绝缘体薄膜，或，镍铁磁性薄膜层，或，钴铁磁性薄膜层，或，钴铁硼磁性薄膜层。

作为一种改进的方案，所述非磁性重金属薄膜层是铂Pt金属薄膜层，或，钽Ta金属薄膜层，或钨W金属薄膜层。

作为一种改进的方案，所述磁性薄膜层的厚度为1nm至50μm，所述非磁性重金属薄膜层的厚度为1nm至50nm。

本发明的另一目的在于提供一种基于自旋泵浦效应的微波功率探测器的制备方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

在单晶基片上生长得到磁性薄膜层；

利用薄膜制备手段，在所述磁性薄膜层上生长得到纳米厚度的非磁性重金属薄膜层，形成异质结构；

采用微电子光刻工艺，对所述异质结构进行光刻和刻蚀，在所述异质结构上制作出微纳图形；

对具有所述微纳图形的异质结构再次进行光刻操作，在所述异质结构上制备出导电电极，制得微纳尺度器件。