一种高灵敏度的新型微波探测器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明特别涉及一种高灵敏度的新型微波探测器，属于微波功率探测技术领域。
【背景技术】
[0002]微波探测器是利用将交流信号转化为直流信号，进行微波信号探测的一种整流电路系统。在远程通信、电子工业、科学研究等方面具有广泛应用。在电子通信系统中，往往需要探测微波信号的强弱或有无作为能否正常工作的标准。例如，无线电接收器中通常会对接收信号的强度进行测量，以调整自动增益控制电路，便于从接收器持续获取需要的输出信号。因此微波探测器构成了信号幅度测量系统的核心。目前主要采用肖特基二极管或PN结二极管作为微波探测器的元件。相对PN结二极管，肖特基二极管的恢复时间短、正向电压低，因此在很宽的频率范围内具有较高的探测灵敏度。
[0003]然而，在航天航空探测、实验精密测量等领域，需要对十分微弱的微波信号进行检测。在室内低功率无线传感器供能、环境射频和微波辐射能量的再利用等领域，需要考虑宽带、低功率的微波能量的收集和转换。因而对微波探测器的灵敏度提出了更高的要求。以肖特基二极管构成的微波探测器，在微波功率探测领域已经得到广泛应用，商业上肖特基二极管的最高灵敏度为3800mV/mW。虽然采用低势垒肖特基二极管制成的超小功率计能检测0.1纳瓦级的功率信号，但是其灵敏度显得不足。另外，在远程通信领域，常温下实现对高速多路复用通信的操作，往往需要高灵敏度的微波检测元件。目前，采用超导热辐射仪(superconducting bolometers)可以实现高灵敏度微波检测,然而这种仪器限定在低温下进行工作。利用肖特基二极管进行信号检测，室温下可以实现高频操作，但信噪比较低。
【发明内容】
[0004]本发明的主要目的在于提供一种高灵敏度的新型微波探测器件，以克服现有技术中的不足。
[0005]为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案:
一种高灵敏度的新型微波探测器，包括依次连接的信号采集模块、整流模块、信号检测模块和信号显示模块，其中，所述整流模块包含:具有面内平衡磁化的固定磁性层，形成于所述固定磁性层之上的非磁性隔离层，以及，形成于所述非磁性隔离层之上的、具有垂直磁晶各向异性的磁性自由层。
[0006]进一步的，所述磁性自由层主要由具有垂直磁晶各向异性的铁磁性材料构成。
[0007]进一步的，所述探测器还包括与所述整流模块连接的偏置模块，尤其优选用以向所述整流模块施加直流偏置电流的偏置模块。
[0008]与现有技术相比，本发明至少具有如下优点:
(1)相比传统的半导体微波探测器，本发明的新型微波探测器件在探测微弱功率微波信号方面，具有较高的探测灵敏度；
(2)本发明的新型微波探测器件具有尺寸小、结构简单、与传统微电子工艺兼容，易于大批量制备，可应用于信号探测、微波输能、高速多路复合远程通信等领域。
【附图说明】
[0009]图1是本发明一典型实施方案中一种新型微波探测器的结构示意图；
图2是本发明一实施例中一种新型微波探测器中整流模块的结构示意图；
图3是本发明一实施例中一种新型微波探测器在无外加直流偏置电流条件下的微波响应曲线；
图4是本发明一实施例中一种新型微波探测器在外加直流偏置电流条件下的结构示意图；
图5是本发明一实施例中一种新型微波探测器在外加直流偏置电流条件下的微波响应曲线；
图6是本发明另一实施例中一种新型微波探测器中整流模块的结构示意图。
【具体实施方式】
[0010]鉴于现有技术中的缺陷，为了获得高灵敏度的微波探测器，本案发明人经长期研究和大量实践，设计了一种基于垂直磁晶各向异性的磁性多层膜结构和自旋矩二极管效应(spin torque d1de effect)而实现的新型微波探测器,其通过信号采集模块将微波电流信号引导至一种具有垂直磁晶各向异性的磁性多层膜结构中，这种垂直磁晶各向异性的多层膜结构可以将微波功率信号转换为直流电压信号，然后通过信号检测模块，将转换出的能代表功率变化的参数变化调整后，由信号显示模块将输出信号呈现出来，通过观测指针，最终达到与测试人员交互的目的。基于这种结构的微波探测器，实现了超过70000mV/mW的灵敏度。
[0011 ] 在本发明的一典型实施方案中，请参阅图1，该高灵敏度的新型微波探测器主要由依次连接的用以收集源信号的信号采集模块、用以转换微波信号的整流模块、信号检测模块和信号显示模块组成，其中，所述整流模块包含磁性多层膜结构，其包含:具有面内平衡磁化的固定磁性层FMl (其磁化方向相对固定，故又可简称“固定层”)，形成于所述固定磁性层之上的非磁性隔离层匪(简称“非磁性层”或“隔离层”)，以及，形成于所述非磁性隔离层之上的、具有垂直磁晶各向异性的磁性自由层FM2(其磁化方向可以在小的外磁场下发生变化，简称“自由层”)。
[0012]进一步的，所述信号采集模块包括信号放大器或衰减器，用以对输入的微波信号按比例进行衰减或放大。
[0013]进一步的，所述磁性自由层可主要由具有垂直磁晶各向异性的铁磁性材料构成，其可选自但不限于 Fe、FeB、CoFeB、Co/Pt、Co/Pd、Co/N1、Cu/Ni 和 TeFeCoAl 中的任意一种或多种。
[0014]进一步的，所述非磁性隔离层可选用厚度在0.5 nm?1.5 nm之间的非磁性绝缘层，可以满足有足够大的电流能够通过磁性隧道结，或可选用厚度在1.0?6.0 nm的非磁金属层。
[0015]前述磁性多层膜结构的横向尺寸优选在10nm左右。
[0016]进一步的，所述直流检测模块主要由滤波器和放大器构成，用于将代表功率变化的参数变化调整后方便显示。
[0017]进一步的，所述信号显示模块包括示波器，用以呈现输出的信号。
[0018]进一步的，所述探测器还可包括与所述整流模块连接的偏置模块，所述整流模块一端接地，另一端与所述信号采集模块和信号检测模块连接。
[0019]该高灵敏度的微波探测器件具有在室温下探测到极微弱的射频信号的能力。<