專利名稱：一種磁性單層膜微波振蕩器及制作方法和控制方法與用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微波振蕩器，特別是涉及一種基于閉合或非閉合環(huán)形磁性單層膜的微波振蕩器其制作方法和控制方法與用途。
背景技術(shù)：
1996年美國科學(xué)家J. Slonczewski從理論上預(yù)言了一種自旋電子學(xué)領(lǐng)域新的物理機(jī)制一自旋轉(zhuǎn)矩(Spin Transfer Torque， STT)效應(yīng)。當(dāng)流過磁性材料的電流在一定合適范圍內(nèi)時(shí)，磁性層中會出現(xiàn)磁矩進(jìn)動，即磁矩繞著某個對稱軸旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而產(chǎn)生微波的發(fā)射。自旋轉(zhuǎn)移力矩效應(yīng)的一個主要的應(yīng)用是自旋微波器件，在施加外磁場或未施加外磁場的磁性隧道結(jié)(MTJ)或自旋閥中通一直流電流，就能輸出高頻微波信號，改變磁場的大小或電流大小就可以調(diào)節(jié)微波頻率，頻率調(diào)節(jié)范圍為lGHz至100 GHz。利用這個原理可以研制納米尺度(約100nm)的微波器件，進(jìn)行微波的產(chǎn)生或檢測。
微波振蕩器是在通信領(lǐng)域中用于輸出微波的常用器件，廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、廣播基站、電視、移動通信終端和高頻信號發(fā)生器等?，F(xiàn)在的無線電通訊發(fā)展日新月異，要求通訊系統(tǒng)越來越小型化，并需要高集成度和低功耗，并且其工作頻率不斷提高并且具有高的頻率可控可調(diào)諧性，因此需要具有很高品質(zhì)因數(shù)的可集成射頻通信前端等。雖然己經(jīng)有很多商用的微波振蕩器，但在上述綜合性能需求方面都有一些不足之處。比如磁控管振蕩器是應(yīng)用比較早的，但是它具有體積過大、不易于集成、頻率低、功耗大的缺點(diǎn)，因此不能很好的用于未來通訊。再比如LC壓控振蕩器的頻率也不是很高，幾乎達(dá)不到吉赫茲(GHz)，而且調(diào)頻范圍比較窄，集成度也不是很高，品質(zhì)因數(shù)也低。另外還有晶體振蕩器，它是一種固態(tài)振蕩器，芯片本身的諧振頻率基本上只與芯片的切割方式、幾何形狀和尺寸有關(guān)，雖然頻率穩(wěn)定性比較好，但是調(diào)頻比較困難。 一般的晶體振蕩器最高輸出頻率不超過200MHz，個別的達(dá)到吉赫茲(GHz)，所以頻率也不是很高。最主要的是這種晶體振蕩器尺度是毫米量級,給集成造成很大的困 難，而且功耗也很大。目前商用無線通訊系統(tǒng)(如蜂窩無線網(wǎng))的射頻接收前
端都是宏觀尺度的，其側(cè)向尺寸一般在lmm至2ram，且多年來沒有明顯縮小。 而射頻接收前端中其它數(shù)字電路的尺寸則已經(jīng)發(fā)生了日新月異的變化，變得越 來越小。許多工程人員致力于射頻微機(jī)電系統(tǒng)(RF-MEMS)研究以期獲得可以集 成化的射頻振蕩器，然而這種器件不但輸出功率低，并且需要真空包裝，要做 到高品質(zhì)需要付出高的制造成本。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本發(fā)明的目的之一是提供一種微波振蕩器 的制作方法，采用新的器件設(shè)計(jì)原理來提高基頻，減小信號在多級倍頻放大中 產(chǎn)生的噪聲，進(jìn)一歩提高信號的信噪比。
本發(fā)明的另一目的是提供一種微波振蕩器，其具有器件小型化、高的集成 度、低功耗、高工作頻率，并且具有高的頻率可控可調(diào)諧性，具有高品質(zhì)因數(shù) 和抗輻射性等優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的上述目的是通過如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一種微波振蕩器的制作方法，包括如下的步驟
步驟S101，提供襯底；
步驟S102，在所述襯底上沉積磁性單層膜，并形成閉合或非閉合環(huán)狀磁 性單層膜單元；
步驟S103，在所述磁性單層膜單元上形成一對輸入端電極和至少一對輸 出端電極。
進(jìn)一步地，在步驟S101中，還包括對襯底進(jìn)行清洗的步驟。 進(jìn)一步地，步驟S102具體包括如下步驟
步驟S1021，在上述襯底上沉積磁性單層膜。
步驟S1022，將磁性單層膜蝕刻成多個閉合或非閉合環(huán)狀磁性單層膜單
元o
進(jìn)一步地，步驟S103具體包括如下步驟
步驟S1031，在磁性單層膜上沉積絕緣層，對磁性單層膜進(jìn)行掩埋并且相 互隔離出不同的磁性單層膜單元。步驟S1032,在磁性單層膜單元的位置上對絕緣層進(jìn)行刻蝕使絕緣層下掩 埋的磁性單層膜單元暴露；
步驟S1033，在磁性單層膜單元上沉積一層導(dǎo)電層，再將導(dǎo)電層加工成一 對輸入端電極和至少一對輸出端電極。
進(jìn)一步地，該制作方法還包括
步驟S104，采用防氧化材料將磁性單層膜單元進(jìn)行掩埋，只有輸入端電
極和輸出端電極暴露。
進(jìn)一步地，步驟S103具體包括如下步驟
步驟S1031'，在磁性單層膜基片上，進(jìn)行涂膠、前烘干；
步驟S1032'，根據(jù)輸入端電極和輸出端電極的形狀對磁性單層膜基片進(jìn)
行對準(zhǔn)曝光，接著顯影，定影，后烘干，使需要形成電極的位置暴露； 步驟S1033，，在磁性單層膜基片上，沉積導(dǎo)電層； 步驟S1034'，用去膠劑進(jìn)行去膠，形成輸入端電極以及輸出端電極。 進(jìn)一步地，所述的磁性單層膜的材料為Co， Fe， M或它們的合金，該合
金包括NiFe， CoFe， NiFeCo， CoFeSiB或MFeSiB，或非晶Co100-x-yFexBy ，
其中(Kx〈100， 0〈y S 20，或Co2MnSi， Co2Cr0.6Fe0.4A1，或Heusler合金； 進(jìn)一步地，所述的磁性單層膜的厚度為5nm至2000nm。 進(jìn)一步地，所述的磁性單層膜單元的形狀為閉合或非閉合的圓環(huán)、橢圓環(huán)、
三角形環(huán)或多邊形環(huán)；所述環(huán)的內(nèi)邊邊長為5nm至100000nm，外邊的邊長為
10nm至200000nm，閉合環(huán)的寬度在5nm至100000nm。
進(jìn)一步地，所述電極的材料為Au、 Ag、 Pt、 Cu、 Ru、 Al、 SiAl金屬或
其它們的合金；所述電極厚度為20nm至2000nm。
進(jìn)一步地，所述絕緣層材料為Si02， A1203， Zn0， TiO， Sn0或有機(jī)分
子材料；所述絕緣層的厚度為50nm至lOOOnm。
為了達(dá)到本發(fā)明的目的，本發(fā)明還提供一種微波振蕩器，包括 襯底；
形成在該襯底上的閉合或非閉合環(huán)狀磁性單層膜單元； 與所述磁性單層膜單元連接的一對輸入端電極和至少一對輸出端電極。進(jìn)一步地，所述的磁性單層膜單元的形狀為閉合或非閉合的圓環(huán)、橢圓環(huán)、
三角形環(huán)或多邊形環(huán)；所述環(huán)的內(nèi)邊邊長為5nm至100000nm，外邊的邊長為 10nm至200000nm，閉合環(huán)的寬度在5nm至100000nm。
進(jìn)一步地，所述的磁性單層膜單元的材料為Co， Fe， Ni或它們的合金， 該合金包括NiFe， CoFe，NiFeCo， CoFeSiB或NiFeSiB，或非晶ColOO-x-yFexBy ， 其中0〈x〈100， 0<y S 20，或Co2MnSi， Co2Cr0. 6Fe0. 4A1，或Heusler合金。
進(jìn)一步地，所述襯底為A1203—TiC、 A1203 — SiC或A1203—WC等陶瓷襯 底，或Si/Si02襯底。
進(jìn)一步地，所述電極的材料為Au、 Ag、 Pt、 Cu、 Ru、 Al、 SiAl金屬或 其它們的合金；所述電極由導(dǎo)電層薄膜形成，所述導(dǎo)電層薄膜厚度為20nm至 2000nm。
進(jìn)一步地，所述的磁性單層膜單元的厚度為5rnn至2000nm。 進(jìn)一步地，所述每對輸出端電極在磁性單層膜單元上的距離是使得磁性單
層膜單元的磁疇壁到該對輸出端電極中任何一個電極的距離小于或等于
200nm。
作為本發(fā)明的又一目的，本發(fā)明還提供一種上述的微波振蕩器的控制方 法，其特征是，包括如下步驟
步驟S201，施加與微波振蕩器的磁疇平行的磁場和通過輸入端電極輸入 電流，實(shí)現(xiàn)磁疇壁振蕩；
步驟S202，在輸出端電極輸出振蕩信號。
進(jìn)一步地，步驟S201中還包括改變所述磁場，和/或改變所述電流的大 小來調(diào)節(jié)磁疇壁振蕩的幅度和頻率。 進(jìn)一步地，還包括
步驟S203，對所述振蕩信號進(jìn)行鎖相放大，提高其功率。 作為本發(fā)明的又一目的，本發(fā)明還提供一種上述的微波振蕩器的用途，其 特征是，用于雷達(dá)、廣播基站、電視、移動通信終端和高頻信號發(fā)生器等。 本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果如下
本發(fā)明提供的基于閉合或非閉合的環(huán)形磁性單層膜的微波振蕩器，取代常 規(guī)的產(chǎn)生振蕩的壓電晶體，提高了振蕩器的基頻，提高了信噪比，同時(shí)應(yīng)用微 納米加工技術(shù)使器件小型化(幾十到幾百納米量級)、高的集成度、低功耗、高工作頻率(可以達(dá)到吉赫茲到幾十吉赫茲)，并且具有高的頻率可控可調(diào)諧 性，具有高品質(zhì)因數(shù)和抗輻射性等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的微波振蕩器可以用來進(jìn)行微 波的產(chǎn)生與檢測，可廣泛應(yīng)用于通信領(lǐng)域中的雷達(dá)、廣播基站、電視、移動通 信終端和高頻信號發(fā)生器等。


圖1是本發(fā)明的一種基于圓形閉合環(huán)狀磁性單層膜單元的微波振蕩器示 意圖2是本發(fā)明的一種基于橢圓形閉合環(huán)狀磁性單層膜單元的微波振蕩器 示意圖3是本發(fā)明的一種基于三角形閉合環(huán)狀磁性單層膜單元的微波振蕩器 示意圖4是本發(fā)明的一種基于非閉合環(huán)狀磁性單層膜單元的微波振蕩器示意
$中
1——磁性單層膜；
2— --磁性單層膜中的磁矩； 31、 32------輸入端電極；
41、 42、 43、 44-----輸出端電極。
具體實(shí)施例方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí) 施例，對本發(fā)明的微波振蕩器及其制作方法進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處 所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。 實(shí)施例1
制備如圖1所示的基于閉合圓環(huán)狀磁性單層膜的微波振蕩器。 本發(fā)明的微波振蕩器制作方法，包括如下的步驟 步驟S101，提供一個襯底。
本實(shí)施例中的襯底為lmm厚的Si/Si02襯底。較佳地，還包括對襯底進(jìn)行清洗的步驟。清洗的方法采用本領(lǐng)域技術(shù)人員 熟知的常規(guī)方法。
步驟S102，在上述襯底上形成閉合圓環(huán)狀磁性單層膜單元。具體包括如
下步驟
步驟S1021，在上述襯底上沉積磁性單層膜。
采用高真空磁控濺射設(shè)備，在清洗后的lmm厚的Si/Si02襯底上，采用常 規(guī)的薄膜生長方法依次沉積厚度為20nm的NiFe作為磁性單層膜1。上述磁性
多層膜的生長條件為備底真空1X10-6帕；濺射用高純度氬氣氣壓0.07
帕；濺射功率120瓦；襯底的旋轉(zhuǎn)速率20轉(zhuǎn)每分鐘(rmp);生長溫度室 溫；生長速率0.3至1. 1埃/秒；生長時(shí)間薄膜厚度除以生長速率；并且 在沉積磁性單層膜1時(shí)，施加150奧斯特(Oe)平面誘導(dǎo)磁場。
步驟S1022，將磁性單層膜蝕刻成多個閉合圓環(huán)狀磁性單層膜單元。
沉積好的磁性多層膜采用現(xiàn)有技術(shù)中的微加工技術(shù)，即首先經(jīng)過涂膠、前 烘干，再在電子束曝光機(jī)上，按照所需的閉合圓形環(huán)狀圖形對磁性單層膜片基 進(jìn)行曝光，接著顯影、定影、后烘干，然后用離子刻蝕方法把磁性多層膜刻成 多個圓形閉合環(huán)，最后用去膠劑浸泡進(jìn)行去膠或應(yīng)用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)進(jìn)行去 膠，即形成多個圓形閉合環(huán)狀磁性單層膜單元，該圓形環(huán)的內(nèi)直徑為440nm， 外直徑為500nm，環(huán)壁寬30nm。磁性單層膜單元的個數(shù)取決于磁性單層膜的面 積和圓環(huán)形磁性單層膜單元的尺寸。
步驟S103，在磁性單層膜單元上形成一對輸入端電極和至少一對輸出端 電極。具體包括如下步驟
步驟S1031，在磁性單層膜上沉積絕緣層，對磁性單層膜進(jìn)行掩埋并且相 互隔離不同的磁性單層膜單元。
在磁性單層膜上，利用常規(guī)的薄膜生長方法，沉積一層5至1000nm的絕 緣層，將磁性單層膜進(jìn)行掩埋并且相互隔離不同的磁性單層膜單元。所述的絕 緣層為常規(guī)的絕緣體材料，優(yōu)選地是Si02， A1203， ZnO， TiO， SnO或有機(jī)分 子材料(如聚氯乙烯PVC，聚乙烯PE，聚丙烯PP等)。
步驟S1032，在磁性單層膜單元的位置上對絕緣層進(jìn)行刻蝕使絕緣層下掩 埋的磁性單層膜單元暴露；歩驟S1033，在磁性單層膜單元上沉積一層導(dǎo)電層，再將導(dǎo)電層加工成一 對輸入端電極和至少一對輸出端電極。
利用常規(guī)的薄膜生長方法，在磁性單層膜單元上沉積一層導(dǎo)電層，再利用 常規(guī)的半導(dǎo)體微加工工藝，將導(dǎo)電層加工成一對輸入端電極和兩對輸出端電 極。每個閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu)的磁性單層膜單元都引出輸入端和輸出端電極，該電極 的材料為Au、 Ag、 Pt、 Cu、 Ru、 Al、 SiAl金屬或其它們的合金，其厚度為20 至2000nrn。
上述的微加工工藝包括首先經(jīng)過涂膠、前烘干，再在紫外、深紫外曝光 機(jī)或電子束曝光機(jī)上，利用帶有待加工圖案的光刻版或電子束直寫的圖案進(jìn)行 曝光，接著顯影、定影、后烘干，然后用離子刻蝕方法把磁性多層膜上的導(dǎo)電 層刻成所要制作的形狀，最后用去膠劑浸泡或利用反應(yīng)離子束刻蝕技術(shù)等進(jìn)行 去膠。
作為一種可實(shí)施的方式，在此步驟S1033中，利用常規(guī)的薄膜生長手段， 沉積厚度5nm的Ru、厚度100nm的Cu、厚度5nm的Ru作為金屬導(dǎo)電層，生長 條件如前步驟S1021所述。采用微加工工藝形成輸入端電極31， 32以及輸出 端電極41， 42， 43， 44，其中輸入端電極31， 32位于同一直徑所在的直線上，
兩對輸出端電極分別位于輸入端電極的兩側(cè)，且每對輸出端電極在磁性單層膜 上的距離為200nm (如圖1所示)。
較佳地，上述微波發(fā)生器的制作方法還包括
步驟S104，采用防氧化材料將磁性單層膜單元進(jìn)行掩埋，只有輸入端電 極和輸出端電極暴露。
為了防止器件在空氣中氧化，利用常規(guī)的薄膜生長方法和微加工工藝，沉 積一層厚度為50nm的Si02薄膜層，將磁性單層膜單元進(jìn)行掩埋，只有輸入和 輸出端電極31， 32， 41， 42， 43， 44暴露，即得到本發(fā)明的基于閉合圓環(huán)狀 磁性單層膜的微波振蕩器，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。
如圖1所示，當(dāng)從輸入端電極31， 32輸入直流電流時(shí)，即如圖中空心箭 頭所示電流從輸入端電極31流入，從輸入端電極32流出，電流會使閉合圓形 磁性單層膜中輸出端電極之間的磁疇壁2發(fā)生吉赫茲頻率的振蕩當(dāng)疇壁在輸 出端電極42， 44之間時(shí)，即疇壁在兩個電極之間的磁性單層膜中時(shí)，輸出端 電極42， 44之間輸出高電平V42-44;當(dāng)磁疇壁位于電極42， 44之外時(shí)，輸出端電極42， 44之間輸出低電平V' 42-44。因?yàn)榇女牨谑请S時(shí)間振蕩的，一 個時(shí)間段內(nèi)磁疇壁在輸出端電極42， 44之間，下一時(shí)間段內(nèi)磁疇壁在其之外， 所以輸出端電極42， 44之間會周期性地輸出高電平和低電平，這就形成微波 的輸出；而輸出端電極41， 43的情況與輸出端電極42， 44之間類似，即相應(yīng) 地周期性地輸出低電平和高電平。這種輸出的高頻微波信號，可以通過控制從 輸入端31， 32通入的電流大小，或通過對外加的磁場的大小和方向控制來調(diào) 控。
在上述的技術(shù)方案中，所述薄膜生長方法，包括磁控濺射、電子束蒸發(fā)、 脈沖激光沉積、電化學(xué)沉積、分子束外延等方法。
在上述的技術(shù)方案中，所述的磁性單層膜單元由自旋極化率高，矯頑力小 的磁性材料組成，除了上述的NiFe合金外，還可以采用Co， Fe， Ni或它們的 金屬合金，該合金為CoFe， NiFeCo， CoFeSiB或NiFeSiB ，或非晶 Col00-x-yFexBy ，其中0〈x<100， 0<y S 20，或Co2MnSi， Co2Cr0. 6Fe0. 4A1， 或Heusler合金；
如圖1所示， 一種微波振蕩器，包括
襯底；所述襯底為A1203—TiC、 A1203—SiC或A1203—WC等陶瓷襯底， 或Si/Si02襯底。
形成在襯底上的閉合圓環(huán)狀磁性單層膜單元；
與所述磁性單層膜單元連接的一對輸入端電極和兩對輸出端電極。
所述的磁性單層膜單元的磁矩2或磁通量可以形成"頭對頭"或"尾對尾" 排列狀態(tài)，即該幾何形狀的磁性單層膜單元中磁矩分布為有一個磁疇壁分開 的方向不同的磁疇。所述的磁疇壁與相鄰電極之間的距離小于200納米。磁矩 是磁性材料固有的內(nèi)稟性質(zhì)，它會在磁性材料中有一定的方向排布，磁疇就是 磁矩方向相同的區(qū)域。磁矩在圖1中得附圖標(biāo)記為2，磁疇壁即是當(dāng)磁矩改變 方向排布時(shí)，形成的磁矩的過渡區(qū)域。所以不難理解，在"頭對頭"或"尾對 尾"排列的交界處，即是磁疇壁。
使用基于上述幾何形狀的磁性單層膜單元的微波振蕩器件作為基頻振蕩 源，后經(jīng)鎖相及多級倍頻放大后可以得到高信噪比的高頻高功率信號。
本發(fā)明還提供一種上面所述的微波振蕩器的控制方法，包括如下步驟步驟S201，施加與微波振蕩器的磁疇平行的磁場和通過輸入端電極輸入
電流，實(shí)現(xiàn)磁疇壁振蕩；
步驟S202，在輸出端電極輸出振蕩信號。
較佳地，步驟S201中還包括改變所述磁場的強(qiáng)度(或方向)和/或所述電
流的大小來調(diào)節(jié)磁疇壁振蕩的幅度和頻率。
更佳地，上述控制方法還包括
步驟S203，對所述振蕩信號進(jìn)行鎖相放大，提高其功率。 本發(fā)明還提供一種所述的微波振蕩器的用途，用于雷達(dá)、廣播基站、電視、 移動通信終端和高頻信號發(fā)生器等。
實(shí)施例2
本實(shí)施例的微波振蕩器制作方法，其步驟基本與實(shí)施例l相同，不同在于
在磁性單層膜單元上形成輸入端電極和輸出端電極的步驟，艮P :
步驟S103，在磁性單層膜單元上形成一對輸入端電極和至少一對輸出端
電極。具體包括如下步驟
步驟S1031'，在磁性單層膜l上，進(jìn)行涂膠、前烘干；
步驟S1032'，根據(jù)一對輸入端電極和至少一對輸出端電極的形狀對磁性 單層膜基片進(jìn)行對準(zhǔn)曝光，接著顯影，定影，后烘干，使需要形成電極的位置 暴露。
在電子束曝光機(jī)上，根據(jù)金屬電極的形狀對磁性單層膜基片進(jìn)行對準(zhǔn)曝 光，接著顯影，定影，后烘干，使需要形成電極的位置暴露。
步驟S1033'，在磁性單層膜基片上，沉積導(dǎo)電層。
利用常規(guī)的薄膜生長方法，在磁性單層膜基片上沉積一層厚度為5nm的
Ru、 100nm的Cu、 5nm的Ru作為導(dǎo)電層。
步驟S1034'，用去膠劑進(jìn)行去膠，形成輸入端電極以及輸出端電極。 用去膠劑進(jìn)行去膠，即lift-off工藝，把電極以外的導(dǎo)電層剝離掉，形
成輸入端電極31， 32以及輸出端電極41， 42， 43， 44。
實(shí)施例3
制備如圖2所示的基于閉合橢圓環(huán)狀磁性單層膜的微波振蕩器。本實(shí)施例提供的微波振蕩器的制作方法，其步驟基本與實(shí)施例l相同，不 同在于
步驟S102，在上述襯底上形成閉合橢圓環(huán)狀磁性單層膜單元。具體包括 如下步驟
步驟S1021，在上述襯底上沉積磁性單層膜。
歩驟S1022,將磁性單層膜蝕刻成多個閉合橢圓環(huán)狀磁性單層膜單元。
該橢圓形閉合環(huán)狀磁性單層膜單元，其長軸內(nèi)直徑為740nm，外直徑為 800nm，短軸內(nèi)直徑為540nm，外直徑為600nm，環(huán)壁寬30nm。
步驟S103，在磁性單層膜單元上形成一對輸入端電極和至少一對輸出端 電極。具體包括如下步驟
歩驟S1031，在磁性單層膜上沉積絕緣層，對磁性單層膜進(jìn)行掩埋并且相 互隔離不同的磁性單層膜單元。
步驟S1032，在磁性單層膜單元的位置上對絕緣層進(jìn)行刻蝕使絕緣層下掩 埋的磁性單層膜單元暴露；
步驟S1033，在磁性單層膜單元上沉積一層導(dǎo)電層，再將導(dǎo)電層加工成一 對輸入端電極和至少一對輸出端電極。
作為一種可實(shí)施的方式，在此步驟S1033中，利用常規(guī)的薄膜生長手段， 沉積厚度5nm的Ru、厚度100nm的Cu、厚度5nm的Ru作為金屬導(dǎo)電層，生長 條件如前步驟S1021所述。采用微加工工藝形成輸入端電極31， 32以及輸出 端電極41， 42， 43， 44，其中兩對輸出端電極分別位于輸入端電極的兩側(cè)， 且每對輸出端電極在磁性單層膜上的距離為200nm (如圖2所示)。
實(shí)施例4
制備如圖3所示的基于閉合三角形環(huán)狀磁性單層膜單元的微波振蕩器。 本實(shí)施例提供的微波振蕩器的制作方法，其步驟基本與實(shí)施例l相同，不 同在于
步驟S102，在上述襯底上形成閉合三角形環(huán)狀磁性單層膜單元。具體包 括如下步驟
步驟S1021，在上述襯底上沉積磁性單層膜。
步驟S1022，將磁性單層膜蝕刻成多個閉合三角形環(huán)狀磁性單層膜單元。該閉合三角形環(huán)狀磁性單層膜單元的內(nèi)邊長為600nm，外直徑為500nm， 環(huán)壁寬30nm。
歩驟S103，在磁性單層膜單元上形成一對輸入端電極和至少一對輸出端 電極。具體包括如下步驟
歩驟S1031，在磁性單層膜上沉積絕緣層，對磁性單層膜進(jìn)行掩埋并且相 互隔離不同的磁性單層膜單元。
步驟S1032，在磁性單層膜單元的位置上對絕緣層進(jìn)行刻蝕使絕緣層下掩 埋的磁性單層膜單元暴露；
歩驟S1033，在磁性單層膜單元上沉積一層導(dǎo)電層，再將導(dǎo)電層加工成一 對輸入端電極和至少一對輸出端電極。
作為一種可實(shí)施的方式，在此步驟S1033中，利用常規(guī)的薄膜生長手段， 沉積厚度5nm的Ru、厚度lOOnm的Cu、厚度5nm的Ru作為金屬導(dǎo)電層，生長 條件如前步驟S1021所述。采用微加工工藝形成輸入端電極31， 32以及輸出 端電極41， 42，其中輸出端電極在磁性單層膜上的距離為200nm(如圖3所示)
實(shí)施例5、
制備如圖4所示的基于非閉合圓環(huán)狀磁性單層膜單元的微波振蕩器。 本實(shí)施例提供的微波振蕩器的制作方法，其步驟基本與實(shí)施例l相同，不 同在于
步驟S102，在上述襯底上形成非閉合圓環(huán)狀磁性單層膜單元。具體包括 如下步驟
步驟S1021，在上述襯底上沉積磁性單層膜。
步驟S1022，將磁性單層膜蝕刻成多個非閉合圓環(huán)狀磁性單層膜單元。
該非閉合圓環(huán)狀磁性單層膜單元的內(nèi)直徑為740rnn，外直徑為800rnn，環(huán) 壁寬30nm，非閉合區(qū)域的圓弧對應(yīng)的圓心角大小為60° 。當(dāng)然，此處給出的 僅僅是一個具體實(shí)施方式
，應(yīng)當(dāng)清楚，非閉合區(qū)域的大小可根據(jù)需要而確定。
歩驟S103，在磁性單層膜單元上形成一對輸入端電極和至少一對輸出端 電極。具體包括如下步驟
步驟S1031，在磁性單層膜上沉積絕緣層，對磁性單層膜進(jìn)行掩埋并且相 互隔離不同的磁性單層膜單元。步驟S1032,在磁性單層膜單元的位置上對絕緣層進(jìn)行刻蝕使絕緣層下掩 埋的磁性單層膜單元暴露；步驟S1033，在磁性單層膜單元上沉積一層導(dǎo)電層，再將導(dǎo)電層加工成一 對輸入端電極和至少一對輸出端電極。作為一種可實(shí)施的方式，在此步驟S1033中，利用常規(guī)的薄膜生長手段， 沉積厚度5nm的Ru、厚度100nm的Cu、厚度5nm的Ru作為金屬導(dǎo)電層，生長 條件如前步驟S1021所述。采用微加工工藝形成輸入端電極31， 32以及輸出 端電極41， 42。其中輸入端電極31， 32位于同一直徑所在的直線上，輸出端 電極41、 42位于輸入端電極的同一側(cè)，且輸出端電極在磁性單層膜上的距離 為200nm (如圖4所示)。作為一種具體實(shí)施方式
，圖4中所示的輸出端電極 41、 42是位于輸入端電極31， 32的同一側(cè)，而且該側(cè)是具有連續(xù)磁性單層膜、通過上述實(shí)施例的描述，可以看出本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果如下本發(fā)明提供的基于閉合或非閉合的環(huán)形磁性單層膜的微波振蕩器，取代常 規(guī)的產(chǎn)生振蕩的壓電晶體，提高了振蕩器的基頻，提高了信噪比，同時(shí)應(yīng)用微 納米加工技術(shù)使器件小型化(幾十到幾百納米量級)、高的集成度、低功耗、 高工作頻率(可以達(dá)到吉赫茲到幾十吉赫茲)，并且具有高的頻率可控可調(diào)諧 性，具有高品質(zhì)因數(shù)和抗輻射性等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的微波振蕩器可以用來進(jìn)行微 波的產(chǎn)生與檢測，可廣泛應(yīng)用于通信領(lǐng)域中的雷達(dá)、廣播基站、電視、移動通 信終端和高頻信號發(fā)生器等。以上所述內(nèi)容，僅為本發(fā)明具體的實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局 限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易 想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種微波振蕩器的制作方法，包括如下的步驟步驟S101，提供襯底；步驟S102，在所述襯底上沉積磁性單層膜，并形成閉合或非閉合環(huán)狀磁性單層膜單元；步驟S103，在所述磁性單層膜單元上形成一對輸入端電極和至少一對輸出端電極。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波振蕩器的制作方法，其特征是，在步驟S101 中，還包括對襯底進(jìn)行清洗的步驟。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波振蕩器的制作方法，其特征是，步驟S102 具體包括如下步驟步驟S1021，在上述襯底上沉積磁性單層膜；步驟S1022，將磁性單層膜蝕刻成多個閉合或非閉合環(huán)狀磁性單層膜單元。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波振蕩器的制作方法，其特征是，步驟S103 具體包括如下步驟歩驟S1031，在磁性單層膜上沉積絕緣層，對磁性單層膜進(jìn)行掩埋并且相 互隔離出不同的磁性單層膜單元；步驟S1032，在磁性單層膜單元的位置上對絕緣層進(jìn)行刻蝕使絕緣層下掩 埋的磁性單層膜單元暴露；步驟S1033，在磁性單層膜單元上沉積一層導(dǎo)電層，再將導(dǎo)電層加工成一 對輸入端電極和至少一對輸出端電極。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波振蕩器的制作方法，其特征是，還包括 步驟S104，采用防氧化材料將磁性單層膜單元進(jìn)行掩埋，只有輸入端電極和輸出端電極暴露。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波振蕩器的制作方法，其特征是，步驟S103 具體包括如下步驟步驟S103r，在磁性單層膜基片上，進(jìn)行涂膠、前烘干； 步驟S1032'，根據(jù)輸入端電極和輸出端電極的形狀對磁性單層膜基片進(jìn) 行對準(zhǔn)曝光，接著顯影，定影，后烘干，使需要形成電極的位置暴露；步驟S1033'，在磁性單層膜基片上，沉積導(dǎo)電層；步驟S1034'，用去膠劑進(jìn)行去膠，形成輸入端電極以及輸出端電極。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波振蕩器的制作方法，其特征是，所述的磁性單層膜的材料為Co， Fe， Ni或它們的合金，該合金包括NiFe， CoFe， NiFeCo，CoFeSiB或NiFeSiB，或非晶Col00-x-yFexBy ，其中0〈x〈100， 0〈y S 20，或Co2MnSi， Co2Cr0. 6Fe0. 4A1，或Heusler合金。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波振蕩器的制作方法，其特征是，所述的磁性單層膜的厚度為5nm至2000nm。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波振蕩器的制作方法，其特征是，所述的磁性單層膜單元的形狀為閉合或非閉合的圓環(huán)、橢圓環(huán)、三角形環(huán)或多邊形環(huán)；所述環(huán)的內(nèi)邊邊長為5rnn至lOOOOOnm，外邊的邊長為10nm至200000nm，閉合環(huán)的寬度在5nm至100000nm。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波振蕩器的制作方法，其特征是，所述電極的材料為Au、 Ag、 Pt、 Cu、 Ru、 Al、 SiAl金屬或其它們的合金；所述電極厚度為20nm至2000nm。
11、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的微波振蕩器的制作方法，其特征是，所述絕緣層材料為Si02， A1203, ZnO， TiO， SnO或有機(jī)分子材料；所述絕緣層的厚度為50nm至lOOOnm。
12、 一種微波振蕩器，其特征是，包括襯底；形成在該襯底上的閉合或非閉合環(huán)狀磁性單層膜單元；與所述磁性單層膜單元連接的一對輸入端電極和至少一對輸出端電極。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的微波振蕩器，其特征是，所述的磁性單層膜單元的形狀為閉合或非閉合的圓環(huán)、橢圓環(huán)、三角形環(huán)或多邊形環(huán)；所述環(huán)的內(nèi)邊邊長為5至100000nm，外邊的邊長為10至200000nm，閉合環(huán)的寬度在5至100000nm。
14、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的微波振蕩器，其特征是，所述的磁性單層膜單元的材料為Co， Fe， Ni或它們的合金，該合金包括NiFe， CoFe， NiFeCo，CoFeSiB或NiFeSiB，或非晶Co100-x-yFexBy ，其中0<x<100， 0<y《20，或Co2MnSi， Co2Cr0. 6Fe0. 4A1，或Heusler合金。
15、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的微波振蕩器，其特征是，所述襯底為A1203一TiC、 A1203—SiC或A1203—WC陶瓷襯底，或Si/Si02襯底。
16、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的微波振蕩器，其特征是，所述電極的材料為Au、 Ag、 Pt、 Cu、 Ru、 Al、 SiAl金屬或其它們的合金；所述電極由導(dǎo)電層薄膜形成，所述導(dǎo)電層薄膜厚度為20nm至2000nm。
17、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的微波振蕩器，其特征是，所述的磁性單層膜單元的厚度為5nm至2000nm。
18、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的微波振蕩器，其特征是，所述每對輸出端電極在磁性單層膜單元上的距離是使得磁性單層膜單元的磁疇壁到該對輸出端電極中任何一個電極的距離小于或等于200nm。
19、 一種權(quán)利要求12所述的微波振蕩器的控制方法，其特征是，包括如下步驟步驟S201，施加與微波振蕩器的磁疇平行的磁場和通過輸入端電極輸入電流，實(shí)現(xiàn)磁疇壁振蕩；步驟S202，在輸出端電極輸出振蕩信號。
20、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的微波振蕩器的控制方法，其特征是，步驟S201中還包括改變所述磁場，和/或改變所述電流的大小來調(diào)節(jié)磁疇壁振蕩的幅度和頻率。
21、 根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的微波振蕩器的控制方法，其特征是，還包括步驟S203，對所述振蕩信號進(jìn)行鎖相放大，提高其功率。
22、 一種權(quán)利要求12所述的微波振蕩器的用途，其特征是，用于雷達(dá)、廣播基站、電視、移動通信終端和高頻信號發(fā)生器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種微波振蕩器及其制作方法和控制方法與用途。該微波振蕩器的制作方法，包括如下的步驟提供襯底；在所述襯底上沉積磁性單層膜，并形成閉合或非閉合環(huán)狀磁性單層膜單元；在所述磁性單層膜單元上形成一對輸入端電極和至少一對輸出端電極。該微波振蕩器包括襯底；形成在該襯底上的閉合或非閉合環(huán)狀磁性單層膜單元；與所述磁性單層膜單元連接的一對輸入端電極和至少一對輸出端電極。本發(fā)明提供的基于閉合或非閉合的環(huán)形磁性單層膜的微波振蕩器，具有高基頻、高信噪比、器件小型化、高集成度、低功耗和高的頻率可控可調(diào)諧性等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于通信領(lǐng)域中的雷達(dá)、廣播基站、電視、移動通信終端和高頻信號發(fā)生器等。
文檔編號H01P7/10GK101673867SQ20081011975
公開日2010年3月17日 申請日期2008年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月8日
發(fā)明者張曙豐, 溫振超, 韓秀峰, 魏紅祥 申請人:中國科學(xué)院物理研究所