br>[0020]作为本发明的典型实施例之一，该高灵敏度的钉扎型微波探测器件的主体结构可参考图1，而其中整流模块可采用如图2所示的一种钉扎型垂直磁晶各向异性结构，这种结构利用了反铁磁与铁磁层之间的偏置作用和铁磁交换耦合作用，可以增强磁性层的矫顽力，在外加磁场的条件下不易受到影响。
[0021]具体而言，该钉扎型垂直磁晶各向异性结构包括缓冲层5，形成于缓冲层之上的非磁性隔离层6、参考层7、反铁磁层8和面内磁化的铁磁性层I (亦称“固定层”)共同构成了钉扎层9，具有垂直磁晶各向异性的铁磁性层3 (亦称“自由层”)，两磁性层之间夹的隔离层2，以及形成于铁磁性层3之上的保护层4。具有垂直磁晶各向异性的铁磁性层3可以为CoFeB, Fe、FeB, Co/Pt、Co/Pd、Co/N1、Cu/Ni 和 TeFeCoAl 等铁磁膜或复合多层膜。
[0022]在一更为具体的实施案例中，整流模块的结构包括PtMn (15 nm，结构层厚度，下同)/Co70Fe30 (2.3 nm)/Ru (0.85 nm)/Co40Fe40B20 (2.4 nm)/MgO (0.8 nm)/Co20Fe60B20 (1.6nm) /Ta (15 nm)。其中，CoFeB的磁化方向垂直于薄膜平面,与CoFe的磁化取向在没有外磁场的条件下大约成90°。
[0023]再请参阅图3所示系采用这种新型微波探测器的电路设计而测得的微波响应曲线，可以看到，该探测器能对微弱的信号进行探测，灵敏度高达934mV/mW。
[0024]而请参阅图4所示，若在整流模块中采用这种垂直磁晶各向异性结构，通过施加直流偏置电流可以进一步提高探测灵敏度。图5给出了在外加直流偏置电流为0.254 mA时对0.01 μ W微波信号的响应曲线，其探测灵敏度高达75400mV/mW，比传统半导体技术探测灵敏度(3800mV/mW)高了近20倍，这一技术效果是出乎预料的。
[0025]参阅图6所示，作为本发明的另一典型实施方案，在整流模块中还可设计了一种与前述实施方案不同的结构，即一种双自由层结构。上、下两层面外垂直磁晶各向异性的磁性自由层11和12，形成于自由层11和12之间的两层面内磁化的固定层13和14。其中自由层11和12、固定层13和14之间分别由三层非磁性隔离层15、16和17分离开。在这种双自由层结构中，利用两自由层之间的偶极子相互作用和自旋转移矩作用，有望提高自旋微波探测器的直流输出电压，进而获得较高的灵敏度。
[0026]在一更为具体的实施案例中，垂直磁晶各向异性的自由层11和12分别为[Co(0.5nm) /Pt (2nm) ]4/Co (0.6nm)和[Co (0.2nm) Ni (0.8nm) ]8,双固定层 13 和 14 分别为Co (4 nm)和Co (4 nm),其中的非磁性隔离层5、6和7分别为Cu (2 nm)、Cu (4nm)和Cu (2nm)。
[0027]应当理解，上述较佳实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一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，其特征在于所述整流模块包含: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。2.根据权利要求1所述的高灵敏度的新型微波探测器，其特征在于所述信号采集模块包括用以对输入的微波信号按比例进行衰减或放大的信号放大器或衰减器。3.根据权利要求1所述的高灵敏度的新型微波探测器，其特征在于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，所述铁磁性材料至少选自Fe、FeB, CoFeB,Co/Pt、Co/Pd、Co/N1、Cu/Ni和TeFeCoAl中的任意一种或两种以上的组合。4.根据权利要求1所述的高灵敏度的新型微波探测器，其特征在于所述直流检测模块主要由滤波器和放大器构成。5.根据权利要求1所述的高灵敏度的新型微波探测器，其特征在于所述信号显示模块包括示波器。6.根据权利要求1所述的高灵敏度的新型微波探测器，其特征在于所述整流模块包括沿设定方向依次分布的缓冲层、钉扎层、第一非磁性隔离层、具有垂直磁晶各向异性的铁磁性层和保护层，其中，所述钉扎层包括沿设定方向依次分布的反铁磁层、参考层、第二非磁性隔离层和具有面内平衡磁化的铁磁性层。7.根据权利要求1所述的高灵敏度的新型微波探测器，其特征在于所述整流模块包括沿设定方向依次分布的第一磁性自由层、第三非磁性隔离层、第一固定磁性层、第四非磁性隔离层、第二固定磁性层、第五非磁性隔离层和第一磁性自由层。8.根据权利要求6或7所述的高灵敏度的新型微波探测器，其特征在于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。9.根据权利要求1-7中任一项所述的高灵敏度的新型微波探测器，其特征在于所述探测器还包括与所述整流模块连接的偏置模块。10.根据权利要求1-7中任一项所述的高灵敏度的新型微波探测器，其特征在于所述探测器还包括用以向所述整流模块施加直流偏置电流的偏置模块。
【专利摘要】本发明公开了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。本发明微波探测器具有尺寸小、灵敏度高、结构简单等特点，制备工艺与现有技术兼容，易于大批量制备，可广泛应用于高速多路通信、微弱信号探测、微波输能等领域。
【IPC分类】G01R21/00
【公开号】CN105223414
【申请号】CN201410273781
【发明人】方彬, 曾中明, 张宝顺
【申请人】中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2014年6月18日