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
技術領域：
本發明涉及微波振蕩器，特別是涉及一種基于閉合或非閉合環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：
1996年美國科學家J. Slonczewski從理論上預言了一種自旋電子學領域新的物理機制一自旋轉矩(Spin Transfer Torque， STT)效應。當流過磁性材料的電流在一定合適范圍內時，磁性層中會出現磁矩進動，即磁矩繞著某個對稱軸旋轉，進而產生微波的發射。自旋轉移力矩效應的一個主要的應用是自旋微波器件，在施加外磁場或未施加外磁場的磁性隧道結(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節微波頻率，頻率調節范圍為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，進行微波的產生或檢測。
微波振蕩器是在通信領域中用于輸出微波的常用器件，廣泛應用于雷達、廣播基站、電視、移動通信終端和高頻信號發生器等。現在的無線電通訊發展日新月異，要求通訊系統越來越小型化，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諧性，因此需要具有很高品質因數的可集成射頻通信前端等。雖然己經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，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，幾乎達不到吉赫茲(GHz)，而且調頻范圍比較窄，集成度也不是很高，品質因數也低。另外還有晶體振蕩器，它是一種固態振蕩器，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，雖然頻率穩定性比較好，但是調頻比較困難。 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(如蜂窩無線網)的射頻接收前
端都是宏觀尺度的，其側向尺寸一般在lmm至2ram，且多年來沒有明顯縮小。 而射頻接收前端中其它數字電路的尺寸則已經發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電系統(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 到高品質需要付出高的制造成本。
發明內容
為了克服現有技術的上述不足，本發明的目的之一是提供一種微波振蕩器 的制作方法，采用新的器件設計原理來提高基頻，減小信號在多級倍頻放大中 產生的噪聲，進一歩提高信號的信噪比。
本發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諧性，具有高品質因數 和抗輻射性等優點。
本發明的上述目的是通過如下的技術方案實現的
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。
進一步地，在步驟S101中，還包括對襯底進行清洗的步驟。 進一步地，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狀磁性單層膜單
元o
進一步地，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電層，再將導電層加工成一 對輸入端電極和至少一對輸出端電極。
進一步地，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行掩埋，只有輸入端電
極和輸出端電極暴露。
進一步地，步驟S103具體包括如下步驟
步驟S1031'，在磁性單層膜基片上，進行涂膠、前烘干；
步驟S1032'，根據輸入端電極和輸出端電極的形狀對磁性單層膜基片進
行對準曝光，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，沉積導電層； 步驟S1034'，用去膠劑進行去膠，形成輸入端電極以及輸出端電極。 進一步地，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； 進一步地，所述的磁性單層膜的厚度為5nm至2000nm。 進一步地，所述的磁性單層膜單元的形狀為閉合或非閉合的圓環、橢圓環、
三角形環或多邊形環；所述環的內邊邊長為5nm至100000nm，外邊的邊長為
10nm至200000nm，閉合環的寬度在5nm至100000nm。
進一步地，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。
進一步地，所述絕緣層材料為Si02， A1203， Zn0， TiO， Sn0或有機分
子材料；所述絕緣層的厚度為50nm至lOOOnm。
為了達到本發明的目的，本發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、橢圓環、
三角形環或多邊形環；所述環的內邊邊長為5nm至100000nm，外邊的邊長為 10nm至200000nm，閉合環的寬度在5nm至100000nm。
進一步地，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；所述電極由導電層薄膜形成，所述導電層薄膜厚度為20nm至 2000nm。
進一步地，所述的磁性單層膜單元的厚度為5rnn至2000nm。 進一步地，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。
作為本發明的又一目的，本發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，實現磁疇壁振蕩；
步驟S202，在輸出端電極輸出振蕩信號。
進一步地，步驟S201中還包括改變所述磁場，和/或改變所述電流的大 小來調節磁疇壁振蕩的幅度和頻率。 進一步地，還包括
步驟S203，對所述振蕩信號進行鎖相放大，提高其功率。 作為本發明的又一目的，本發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、廣播基站、電視、移動通信終端和高頻信號發生器等。 本發明產生的有益效果如下
本發明提供的基于閉合或非閉合的環形磁性單層膜的微波振蕩器，取代常 規的產生振蕩的壓電晶體，提高了振蕩器的基頻，提高了信噪比，同時應用微 納米加工技術使器件小型化(幾十到幾百納米量級)、高的集成度、低功耗、高工作頻率(可以達到吉赫茲到幾十吉赫茲)，并且具有高的頻率可控可調諧 性，具有高品質因數和抗輻射性等優點。本發明的微波振蕩器可以用來進行微 波的產生與檢測，可廣泛應用于通信領域中的雷達、廣播基站、電視、移動通 信終端和高頻信號發生器等。
圖1是本發明的一種基于圓形閉合環狀磁性單層膜單元的微波振蕩器示 意圖2是本發明的一種基于橢圓形閉合環狀磁性單層膜單元的微波振蕩器 示意圖3是本發明的一種基于三角形閉合環狀磁性單層膜單元的微波振蕩器 示意圖4是本發明的一種基于非閉合環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。
具體實施例方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實 施例，對本發明的微波振蕩器及其制作方法進一步詳細說明。應當理解，此處 所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。 實施例1
制備如圖1所示的基于閉合圓環狀磁性單層膜的微波振蕩器。 本發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。
本實施例中的襯底為lmm厚的Si/Si02襯底。較佳地，還包括對襯底進行清洗的步驟。清洗的方法采用本領域技術人員 熟知的常規方法。
步驟S102，在上述襯底上形成閉合圓環狀磁性單層膜單元。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備，在清洗后的lmm厚的Si/Si02襯底上，采用常 規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；襯底的旋轉速率20轉每分鐘(rmp);生長溫度室 溫；生長速率0.3至1. 1埃/秒；生長時間薄膜厚度除以生長速率；并且 在沉積磁性單層膜1時，施加150奧斯特(Oe)平面誘導磁場。
步驟S1022，將磁性單層膜蝕刻成多個閉合圓環狀磁性單層膜單元。
沉積好的磁性多層膜采用現有技術中的微加工技術，即首先經過涂膠、前 烘干，再在電子束曝光機上，按照所需的閉合圓形環狀圖形對磁性單層膜片基 進行曝光，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，最后用去膠劑浸泡進行去膠或應用反應離子刻蝕技術進行去 膠，即形成多個圓形閉合環狀磁性單層膜單元，該圓形環的內直徑為440nm， 外直徑為500nm，環壁寬30nm。磁性單層膜單元的個數取決于磁性單層膜的面 積和圓環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 緣層為常規的絕緣體材料，優選地是Si02， A1203， ZnO， TiO， SnO或有機分 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電層，再將導電層加工成一 對輸入端電極和至少一對輸出端電極。
利用常規的薄膜生長方法，在磁性單層膜單元上沉積一層導電層，再利用 常規的半導體微加工工藝，將導電層加工成一對輸入端電極和兩對輸出端電 極。每個閉合環狀結構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過涂膠、前烘干，再在紫外、深紫外曝光 機或電子束曝光機上，利用帶有待加工圖案的光刻版或電子束直寫的圖案進行 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電 層刻成所要制作的形狀，最后用去膠劑浸泡或利用反應離子束刻蝕技術等進行 去膠。
作為一種可實施的方式，在此步驟S1033中，利用常規的薄膜生長手段， 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，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，即得到本發明的基于閉合圓環狀 磁性單層膜的微波振蕩器，其結構示意圖如圖1所示。
如圖1所示，當從輸入端電極31， 32輸入直流電流時，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發生吉赫茲頻率的振蕩當疇壁在輸 出端電極42， 44之間時，即疇壁在兩個電極之間的磁性單層膜中時，輸出端 電極42， 44之間輸出高電平V42-44;當磁疇壁位于電極42， 44之外時，輸出端電極42， 44之間輸出低電平V' 42-44。因為磁疇壁是隨時間振蕩的，一 個時間段內磁疇壁在輸出端電極42， 44之間，下一時間段內磁疇壁在其之外， 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 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 控。
在上述的技術方案中，所述薄膜生長方法，包括磁控濺射、電子束蒸發、 脈沖激光沉積、電化學沉積、分子束外延等方法。
在上述的技術方案中，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，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稟性質，它會在磁性材料中有一定的方向排布，磁疇就是 磁矩方向相同的區域。磁矩在圖1中得附圖標記為2，磁疇壁即是當磁矩改變 方向排布時，形成的磁矩的過渡區域。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，實現磁疇壁振蕩；
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度(或方向)和/或所述電
流的大小來調節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，對所述振蕩信號進行鎖相放大，提高其功率。 本發明還提供一種所述的微波振蕩器的用途，用于雷達、廣播基站、電視、 移動通信終端和高頻信號發生器等。
實施例2
本實施例的微波振蕩器制作方法，其步驟基本與實施例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，進行涂膠、前烘干；
步驟S1032'，根據一對輸入端電極和至少一對輸出端電極的形狀對磁性 單層膜基片進行對準曝光，接著顯影，定影，后烘干，使需要形成電極的位置 暴露。
在電子束曝光機上，根據金屬電極的形狀對磁性單層膜基片進行對準曝 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，沉積導電層。
利用常規的薄膜生長方法，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作為導電層。
步驟S1034'，用去膠劑進行去膠，形成輸入端電極以及輸出端電極。 用去膠劑進行去膠，即lift-off工藝，把電極以外的導電層剝離掉，形
成輸入端電極31， 32以及輸出端電極41， 42， 43， 44。
實施例3
制備如圖2所示的基于閉合橢圓環狀磁性單層膜的微波振蕩器。本實施例提供的微波振蕩器的制作方法，其步驟基本與實施例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狀磁性單層膜單元。
該橢圓形閉合環狀磁性單層膜單元，其長軸內直徑為740nm，外直徑為 800nm，短軸內直徑為540nm，外直徑為600nm，環壁寬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電層，再將導電層加工成一 對輸入端電極和至少一對輸出端電極。
作為一種可實施的方式，在此步驟S1033中，利用常規的薄膜生長手段， 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， 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)。
實施例4
制備如圖3所示的基于閉合三角形環狀磁性單層膜單元的微波振蕩器。 本實施例提供的微波振蕩器的制作方法，其步驟基本與實施例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狀磁性單層膜單元。該閉合三角形環狀磁性單層膜單元的內邊長為600nm，外直徑為500nm， 環壁寬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電層，再將導電層加工成一 對輸入端電極和至少一對輸出端電極。
作為一種可實施的方式，在此步驟S1033中，利用常規的薄膜生長手段， 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)
實施例5、
制備如圖4所示的基于非閉合圓環狀磁性單層膜單元的微波振蕩器。 本實施例提供的微波振蕩器的制作方法，其步驟基本與實施例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狀磁性單層膜單元。
該非閉合圓環狀磁性單層膜單元的內直徑為740rnn，外直徑為800rnn，環 壁寬30nm，非閉合區域的圓弧對應的圓心角大小為60° 。當然，此處給出的 僅僅是一個具體實施方式
，應當清楚，非閉合區域的大小可根據需要而確定。
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電層，再將導電層加工成一 對輸入端電極和至少一對輸出端電極。作為一種可實施的方式，在此步驟S1033中，利用常規的薄膜生長手段， 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，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，而且該側是具有連續磁性單層膜、通過上述實施例的描述，可以看出本發明產生的有益效果如下本發明提供的基于閉合或非閉合的環形磁性單層膜的微波振蕩器，取代常 規的產生振蕩的壓電晶體，提高了振蕩器的基頻，提高了信噪比，同時應用微 納米加工技術使器件小型化(幾十到幾百納米量級)、高的集成度、低功耗、 高工作頻率(可以達到吉赫茲到幾十吉赫茲)，并且具有高的頻率可控可調諧 性，具有高品質因數和抗輻射性等優點。本發明的微波振蕩器可以用來進行微 波的產生與檢測，可廣泛應用于通信領域中的雷達、廣播基站、電視、移動通 信終端和高頻信號發生器等。以上所述內容，僅為本發明具體的實施方式，但本發明的保護范圍并不局 限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易 想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍內。
權利要求
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、 根據權利要求1所述的微波振蕩器的制作方法，其特征是，在步驟S101 中，還包括對襯底進行清洗的步驟。
3、 根據權利要求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狀磁性單層膜單元。
4、 根據權利要求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電層，再將導電層加工成一 對輸入端電極和至少一對輸出端電極。
5、 根據權利要求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行掩埋，只有輸入端電極和輸出端電極暴露。
6、 根據權利要求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，進行涂膠、前烘干； 步驟S1032'，根據輸入端電極和輸出端電極的形狀對磁性單層膜基片進 行對準曝光，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，沉積導電層；步驟S1034'，用去膠劑進行去膠，形成輸入端電極以及輸出端電極。
7、 根據權利要求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、 根據權利要求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、 根據權利要求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、橢圓環、三角形環或多邊形環；所述環的內邊邊長為5rnn至lOOOOOnm，外邊的邊長為10nm至200000nm，閉合環的寬度在5nm至100000nm。
10、 根據權利要求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、 根據權利要求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、 根據權利要求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、橢圓環、三角形環或多邊形環；所述環的內邊邊長為5至100000nm，外邊的邊長為10至200000nm，閉合環的寬度在5至100000nm。
14、 根據權利要求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、 根據權利要求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、 根據權利要求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；所述電極由導電層薄膜形成，所述導電層薄膜厚度為20nm至2000nm。
17、 根據權利要求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、 根據權利要求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，實現磁疇壁振蕩；步驟S202，在輸出端電極輸出振蕩信號。
20、 根據權利要求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節磁疇壁振蕩的幅度和頻率。
21、 根據權利要求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，對所述振蕩信號進行鎖相放大，提高其功率。
22、 一種權利要求12所述的微波振蕩器的用途，其特征是，用于雷達、廣播基站、電視、移動通信終端和高頻信號發生器。
全文摘要
本發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。本發明提供的基于閉合或非閉合的環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諧性等優點，可廣泛應用于通信領域中的雷達、廣播基站、電視、移動通信終端和高頻信號發生器等。
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 優先權日2008年9月8日
發明者張曙豐, 溫振超, 韓秀峰, 魏紅祥 申請人:中國科學院物理研究所