一种光纤集成磁隧道结光电探测器的制作方法

1.本发明涉及光电探测技术领域，具体涉及一种光纤集成磁隧道结光电探测器。


背景技术：

2.光电探测器的原理是将光辐射转变为导电特性的变化。光电探测器在军事和国民经济的各个领域具有广泛的应用。在可见光或近红外波段光电探测器主要用于射线测量、工业自动控制、光度计量等；在红外波段主要用于导弹控制、红外热成像、红外遥感等方面。
3.光电探测器可以分为两大类：即基于光子的光电探测器和基于热的光电探测器。
4.对于光子型光电探测器，由于半导体材料限制，所探测的波长范围受限，即波长范围窄。光热型光电探测器的波长探测范围宽，在宽波段光电探测中具有重要的应用。
5.在传统光热型光电探测器中，由光转化而来的热对导电特性的影响小，从而导致光电探测的灵敏度低，不能满足高技术的需求。


技术实现要素：

6.为解决以上问题，本发明提供了一种光纤集成磁隧道结光电探测器，包括反铁磁层、钉扎层、势垒层、自由层、纤芯，反铁磁层的材料为硬磁反铁磁材料，钉扎层置于反铁磁层上，钉扎层的材料为自旋性极化率高的金属或半金属，势垒层置于钉扎层上，自由层置于势垒层上，自由层的材料为磁各向异性弱的软磁材料，势垒层隔开钉扎层和自由层，纤芯置于自由层内，纤芯沿势垒层与自由层之间的界面方向贯穿自由层。
7.更进一步地，纤芯的侧面设置有通过抛光处理后形成的抛光平面，抛光平面置于势垒层一侧。
8.更进一步地，抛光平面与势垒层的表面平行。
9.更进一步地，抛光平面与势垒层之间的距离小于100纳米。
10.更进一步地，还包括贵金属颗粒，贵金属颗粒设置在抛光平面上。
11.更进一步地，贵金属颗粒为圆形。
12.更进一步地，贵金属颗粒的直径小于60纳米。
13.更进一步地，钉扎层的材料为co、fe、cofe、cofeb、cofeal合金，反铁磁层的材料为irmn、ptmn、femn。
14.更进一步地，自由层的材料为nife合金、cofe合金、cofeb合金。
15.更进一步地，势垒层的材料为三氧化二铝或氧化镁。
16.本发明的有益效果：本发明提供了一种光纤集成磁隧道结光电探测器，包括反铁磁层、钉扎层、势垒层、自由层、纤芯，反铁磁层的材料为硬磁反铁磁材料，钉扎层置于反铁磁层上，钉扎层的材料为自旋性极化率高的金属或半金属，势垒层置于钉扎层上，自由层置于势垒层上，自由层的材料为磁各向异性弱的软磁材料，势垒层隔开钉扎层和自由层，纤芯置于自由层内，纤芯沿势垒层与自由层之间的界面方向贯穿自由层。本发明中，钉扎层、势垒层、自由层构成磁隧道结。应用时，在纤芯连接外部光纤，并通过外部光纤连接待测光，同
时应用磁场作用于本发明。在自由层内，光从纤芯中耦合出来，照射到势垒层和自由层，改变了势垒层和自由层的温度，从而改变了势垒层的量子隧穿特性和自由层的自旋状态，从而改变了磁隧道结的磁电阻，通过磁电阻的变化实现光强度探测。因为磁隧道结的磁电阻严重地依赖于势垒层的量子隧穿特性和自由层的自旋状态，所以本发明具有光强度探测灵敏度高的优点。
17.以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
18.图1是一种光纤集成磁隧道结光电探测器的示意图。
19.图2是又一种光纤集成磁隧道结光电探测器的示意图。
20.图3是再一种光纤集成磁隧道结光电探测器的示意图。
21.图中：1、反铁磁层；2、钉扎层；3、势垒层；4、自由层；5、纤芯；6、贵金属颗粒。
具体实施方式
22.下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
23.实施例1本发明提供了一种光纤集成磁隧道结光电探测器，如图1所示，包括反铁磁层1、钉扎层2、势垒层3、自由层4、纤芯5。反铁磁层1的材料为硬磁反铁磁材料，具体地，反铁磁层1的材料为irmn、ptmn、femn。钉扎层2置于反铁磁层1上。钉扎层2的材料为自旋性极化率高的金属或半金属，具体地，钉扎层2的材料为co、fe、cofe、cofeb、cofeal合金。势垒层3置于钉扎层2上。势垒层3的材料为三氧化二铝或氧化镁。自由层4置于势垒层3上。自由层4的材料为磁各向异性弱的软磁材料，具体地，自由层4的材料为nife合金、cofe合金、cofeb合金。势垒层3隔开钉扎层2和自由层4。纤芯5置于自由层4内，纤芯5沿势垒层3与自由层4之间的界面方向贯穿自由层4。纤芯5连接外部光纤，待测光耦合进入光纤，并传输进入纤芯。应用时，光耦合进入纤芯5，然后，光在纤芯5中传播。
24.本发明中，钉扎层2、势垒层3、自由层4构成磁隧道结。应用时，在纤芯5连接外部光纤，并通过外部光纤连接待测光，同时应用磁场作用于本发明。在自由层4内，光从纤芯5中耦合出来，照射到势垒层3和自由层4，改变了势垒层3和自由层4的温度，从而改变了势垒层3的量子隧穿特性和自由层4的自旋状态，从而改变了磁隧道结的磁电阻，通过磁电阻的变化实现光探测。因为磁隧道结的磁电阻严重地依赖于势垒层3的量子隧穿特性和自由层4的自旋状态，所以本发明具有光强度探测灵敏度高的优点。
25.实施例2在实施例1的基础上，如图2所示，纤芯5的侧面设置有通过抛光处理后形成的抛光平面，抛光平面置于势垒层3一侧。这样一来，纤芯5中的光更容易从抛光平面出射，这些出射的光能够更多地改变势垒层3和自由层4的温度。进一步地，抛光平面与势垒层3的表面平行，抛光平面与势垒层3之间的距离小于100纳米，这样一来，势垒层3处于更强的光场中，从而使得势垒层3的温度改变更多、势垒层3的量子隧穿特性改变更多，从而更多地改变磁隧道结的磁电阻，从而实现更高灵敏度的光探测。
26.实施例3
在实施例2的基础上，如图3所示，还包括贵金属颗粒6，贵金属颗粒6设置在抛光平面上。这样一来，纤芯5中的光更容易耦合出纤芯5，并且在贵金属颗粒6上形成局域表面等离激元共振，从而在贵金属颗粒6附近形成强电场，从而更多地改变势垒层3的温度，从而更多地改变势垒层3的量子隧穿特性，从而更多地改变磁隧道结的磁电阻，从而实现更灵敏的光强度探测。贵金属颗粒6为圆形，贵金属颗粒6的直径小于60纳米，这样一来，贵金属颗粒6的局域表面等离激元共振波长处于可见光波段，因为纤芯5中传播的光主要为可见光，设置上述贵金属颗粒6的形状及尺寸，以便于在贵金属颗粒6附近形成更强的电场，更多地改变势垒层3的量子隧穿特性，从而更多地改变磁隧道结的磁电阻，从而实现更高灵敏度的光强度探测。
27.在本实施例中，贵金属颗粒6吸收纤芯5中的光后，在贵金属颗粒6上形成局域表面等离激元，贵金属颗粒6产生很多的热量，由于贵金属颗粒6与势垒层3之间的距离近，势垒层3的温度改变更多，从而更多地改变势垒层3的量子隧穿特性，从而更多地改变磁隧道结的磁电阻，从而实现更高灵敏度的光探测。
28.在本实施例中，在某个波长的入射光作用下，贵金属颗粒6产生局域表面等离激元共振，因此，本实施例还能够识别被探测光的波长。
29.更进一步地，贵金属颗粒6与势垒层3接触，一方面，贵金属颗粒6与势垒层3之间聚集更强的电场，贵金属颗粒6能够产生更多的热；另一方面，贵金属颗粒6产生的热能够更多地传递给势垒层3。这两方面的效果均导致势垒层3的量子隧穿特性改变更多，从而更多地改变磁隧道结的磁电阻，从而实现更高灵敏度的光探测。
30.在本发明中，纤芯5可以为单模光纤的纤芯，也可以为多模光纤的纤芯。优选地，纤芯5为单模光纤的纤芯，因为单模光纤的纤芯较细，能量集中在纤芯的中部。
31.更进一步地，，在本发明中，纤芯5为扁平状，例如纤芯5的截面为椭圆形，椭圆形的短轴沿着势垒层3的法线方向、椭圆形的长轴方向垂直于势垒层3的法线方向。这样一来，纤芯5中的光更容易从纤芯5中耦合出纤芯5，从而进入自由层4。
32.上述实施例只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。