自旋波激发检测结构体的制作方法

本发明涉及自旋波激发检测结构体。

背景技术：

1、随着最近的因特网等所处理的信息量的爆发性增大，cpu的高速化、基于rf(高频)·光通信的中·长距离通信的高速化、数据储存量增大以及各部件的小型化迅速发展，但(1)由微细化带来的性能提高接近物理极限引起的发热问题、(2)cpu-存储器间的数据通信速度(延迟(latency))的发展速度的降低成为了处理速度提高的瓶颈。针对上述问题(1)，呼吁用低功耗载波代替，但随着近年来的周边技术的发展，上述问题(2)也逐渐变得显著。

2、例如，在能够检测与人相同程度的感觉的传感器群(所谓的人造皮肤)中，在能够利用至今为止的电子设备进行访问的情况下，晶体管的数量变得庞大，控制部大型化，同时会造成通信延迟。此外，对于医疗领域、娱乐领域中的高分辨率的三维显示器，能够通过扩大视角(确保为约45度)来供多人同时观看，但是在由电子设备构成该三维显示器的情况下，晶体管的数量仍然庞大。因此，不能忽视通信延迟、布线中的发热，布线的烧断、发热可能引起运行不稳定。

3、如此，需要大量元件的场景增加，集成度迅速增加，由此在速度与小型化这两个方面，使用cmos的系统成为整个应用的瓶颈。

4、对于这种现有的使用cmos的系统的问题，存在欲使用自旋波来解决的技术。

5、自旋波(spin wave)是指因磁体中的磁化(自旋)产生的相位波。它也被称为静磁波(magnetostatic wave)。在磁体中，如图6所示包含大量自旋。这些自旋旋转的时间(相位)一致的表面形成波面。当该波面传到时能够传达信息。这就是自旋波，能够在电荷不移动的情况下传递信息。自旋波是仅与物质的磁性相关的现象，与电特性无关。也就是说，不论是导体，还是绝缘体，只要是磁体，就会传播自旋波。由此，只要使用绝缘体，就能够制作电无法流动但自旋波可以流动的布线。此外，由于该自旋波是ghz(千兆赫)频带的波，因此快到足以用于信息处理。

6、如此，自旋波是不需要电荷移动的信息传递方法，因此能够成为下一代超低功耗信息处理设备而备受关注。xnor电路[参照非专利文献1]、and电路、or电路[参照非专利文献2]等基本的逻辑电路处于已经得到实证的研究阶段。由于基本的元件已经得到实证，更复杂且实用的电路及应用处于已被提议·实证·专利化的状况。最近还公开了通过计算示出若使用该自旋波则能够制作紧凑型地址解码器的研究(参照专利文献1)。此外，除了功能的发展以外，尺寸的小型化也得到推进。认为向微米级、纳米级的小型化会不断发展。

7、产生自旋波的方法有几种，但现在主流的方法是使用电流产生自旋波。

8、在专利文献2中，记载有共面波导型(以一层完成的类型)的自旋波激发结构体。这是以一层制成信号电平的铜线与接地电平的铜线的类型的自旋波激发结构体(天线)。通过如专利文献2所记载的结构，能够输入高频电信号。如上所述，该结构被称为共面波导结构，是广为人知的结构。能够以一层完成并制作天线部，并且可以缩小至纳米级，因此被广泛使用。然而，存在能够产生的自旋波(静磁波)的频带宽度较窄的问题。

9、在专利文献3中，记载有微带线型的自旋波激发结构体。微带线是指一种结构体，其将一根流过电流的铜线(信号电平)配置于自旋波流经的介质上，将接地电平设置于自旋波流经的介质(在专利文献3中，例示有yig(钇铁石榴石))下。

10、专利文献3所公开的微带线型的结构具有能够产生的自旋波的频带宽的优点。另一方面，由于是信号电平与接地电平横跨yig的多级结构，因此难以进行集成化。

11、随着小型化·集成化的进展，若使微带线变细，则由于信号电平与接地电平之间的距离(＝yig的厚度)保持不变，因此会导致在自旋波流经的介质中无法顺利地产生高频旋转磁场，自旋波的强度变小。信号电平与接地电平接近，处于其间的yig越多，可激发的自旋波强度越强。

12、作为在使微带线变细时也保持自旋波强度的方法，可考虑同时将yig减薄。然而，若厚度为1微米以下，则yig无法自支撑(可能会破裂)。因此，通常以处在厚度为100微米级的基板上的状态下处理yig，结构研究也在该范围中进行。

13、具体而言，使用图5的(a)所示的微带线(microstrip line)那样的导体(多为铜线)。于特氟龙(注册商标)基板(teflon substrate)的下侧，在特氟龙(注册商标)基板的一面成膜有铜。铜膜的厚度约为10μm。特氟龙(注册商标)基板上的铜线的宽度约为10μm，厚度也约为10μm。若使电流过该线，则在该铜线的周围产生以ghz左右的速度旋转的旋转磁场。在施加直流磁场的状态下，将磁性绝缘体(图5的(a)中名为yig的材料)放置在该产生旋转磁场的部分时，自旋波因旋转磁场而被激发。其结果，自旋波从一侧的微带线(输入微带线，input microstrip line)向另一侧的微带线(输出微带线，output microstrip line)传递。相反，在输出微带线处，产生自旋波的旋转磁场使微带线中产生电流。也就是说，通电而激发自旋波，发生自旋波传播，在该传播中进行运算，传播运算结果，进行从自旋波向电流的转换，并以电信号的形式被检测出。通过以此方式进行，能够得到如图5的(b)的“有磁场”的线所示的自旋波传播频谱。图5的(b)的“无yig”表示在图5的(a)的结构中没有yig时的频谱，图5的(b)的“无磁场”表示在图5的(a)的结构中不施加直流磁场时的频谱。此外，若参照图5的(a)，则输入微带线的部分为自旋波激发结构体，输出微带线的部分为自旋波检测结构体。

14、现有技术文献

15、专利文献

16、专利文献1：日本特开2017-162937号公报

17、专利文献2：日本特表2006-504345号公报

18、专利文献3：日本特开平1-91514号公报

19、非专利文献

20、非专利文献1：taichi goto,takuya yoshimoto,bungo iwamoto,kei shimada,caroline a.ross,koji sekiguchi,alexander b.granovsky,yuichi nakamura,hironagauchida and mitsuteru inoue,“three port logic gate using forward volume spinwave interference in a thin yttrium iron garnet film”,scientific reports,9,16472(2019/11/11).

21、非专利文献2：naoki kanazawa,taichi goto,koji sekiguchi,alexanderb.granovsky,caroline a.ross,hiroyuki takagi,yuichi nakamura,hironaga uchidaand mitsuteru inoue,“the role of snell’s law for a magnonic majority gate”,scientific reports,7,7898(2017/08/11).

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题

2、在如上所述的作为新信息处理设备而备受关注的自旋波设备中也存在技术问题。那就是自旋波的强度较小这一点。

3、当前所使用的利用电的自旋波激发结构(别名：换能器(transducer)或者天线)(如上所述这也成为自旋波检测结构)的剖面图如图4所示。现有的自旋波激发检测结构体200为在电介质基板22下具有铜膜24、yig膜26与钆镓石榴石基板25一起载置于铜线28上的结构。这并不适合小型化·集成化。这是因为若单纯地以缩小规模的方法进行小型化，则激发效率会变得极低，带宽会变得极窄。

4、本发明是针对上述问题点做出的，其目的在于提供一种结构强度高、并且可激发的自旋波强度高、可激发的自旋波的频带宽度宽的自旋波激发检测结构体。

5、解决技术问题的技术手段

6、为了实现上述目的，在本发明中，提供一种自旋波激发检测结构体，其为激发并检测自旋波的自旋波激发检测结构体，其具备：支撑基板；设置于所述支撑基板上的导体膜；设置于所述导体膜上的绝缘磁体膜；以及设置于所述绝缘磁体膜上的导体线。

7、这样的自旋波激发检测结构体的结构强度高，并且可激发的自旋波强度高。此外，可激发的自旋波的频带宽度宽。

8、此处，所述绝缘磁体膜优选由磁性石榴石构成。进一步，所述绝缘磁体膜优选由钇铁石榴石构成。

9、通过使绝缘磁体膜为这种种类，从而能够激发良好的自旋波。此外，也能够顺利地进行自旋波的检测。

10、此外，能够将所述导体膜以及导体线设为通过包含铜、铝、金、银、铂、铁、透明导体、超导体、石墨烯、具有导电性的磁体中的至少任一种而成。

11、在本发明的自旋波激发检测结构体中，作为导体的成分，除了铜以外，还能够使用如上所述的种类的导体。

12、此外，能够将所述支撑基板设为硅基板、电介质基板、导电性基板、绝缘性基板、磁性基板、非磁性基板、木材基板、石材基板中的至少任一种。

13、在本发明的自旋波激发检测结构体中，作为支撑基板，除了硅基板以外，还能够使用如上所述的种类的基板。

14、此外，优选所述绝缘磁体膜的厚度为10μm以下。

15、此外，优选所述导体线的厚度为1μm以下、宽度为5μm以下。

16、此外，优选所述导体膜的厚度为1μm以下。

17、此外，优选所述支撑基板的厚度为100μm以上500μm以下。

18、本发明的自旋波激发检测结构体的构成要素的尺寸优选为如上所述的尺寸，能够进行小型化。

19、发明效果

20、本发明的自旋波激发检测结构体的结构强度高，并且可激发的自旋波强度高。此外，可激发的自旋波的频带宽度宽。更详细而言，关于本发明的自旋波激发检测结构体，绝缘磁体膜与支撑基板隔着导体膜，既具有微带线所具有的激发频带宽度宽的特征，同时信号电平与接地电平也接近，在其间具有作为自旋波流经的区域的绝缘磁体膜，因此被激发的自旋波强度高。此外，绝缘磁体膜经由导体膜粘合于支撑基板，因此具有结构的机械强度高、还能够进行处理的效果。