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CoFeB/MgO/CoFeB磁性隧道结的制备及其微波性能研究

CoFeB/MgO/CoFeB磁性隧道结的制备及其微波性能研究

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作者：朱可强南京理工大学

学位级别：硕士

磁性隧道结以电子的自旋属性为基础,利用隧穿磁电阻效应和自旋转移力矩效应实现其微波功能。作为一类自旋电子学器件,它继承了自旋电子学器件微型化、超低功耗、IC兼容以及低噪声等优点。其中,单晶Mg O势垒磁性隧道结由于在室温下具有... 详细信息

磁性隧道结以电子的自旋属性为基础,利用隧穿磁电阻效应和自旋转移力矩效应实现其微波功能。作为一类自旋电子学器件,它继承了自旋电子学器件微型化、超低功耗、IC兼容以及低噪声等优点。其中,单晶Mg O势垒磁性隧道结由于在室温下具有高的隧穿磁电阻以及小的电阻与面积之积,因而在信息存储、微波通信等方面具有很大的应用潜力,也引起了科研人员的研究热潮。目前,关于磁性隧道结微波性能方面的研究尚处于发展阶段,其性能仍需要进一步改善才能满足实际的应用需求。本文利用磁控溅射技术和微纳米加工工艺,分别制备自由层面内磁化和面外磁化两种类型的椭圆形结构磁性隧道结器件,并对其磁电输运特性和微波性能进行了研究,主要研究结果如下:（1）开展了基于两类磁性隧道结器件的微波发射与微波探测性能研究。a)微波发射实验:其中,面内结构器件无微波发射功能。对于面外磁化结构器件,在一定条件下,其微波发射输出功率达到纳瓦量级,且在二次谐波处也出现了微波发射现象。在注入锁相实验中,实现了其二次谐波处的锁相现象,这是首次在实验中实现的新现象。b)微波探测实验:在一定条件下,面外磁化结构的器件探测灵敏度最高达到2005 m V/m W,已超过目前一些商用半导体二极管的探测灵敏度,且实现了无磁场作用下的微波探测功能。面内结构的器件探测灵敏度最高达到13.3m V/m W。（2）开展了基于面外磁化结构磁性隧道结器件的微波放大性能研究。首先,在一定条件下,微波放大增益最大值达到2.06,此值是目前现有文献报道中的最大值;且实现了磁场可调谐的宽频微波放大现象,这也是实验中实现的一种新现象。另外,微波放大的频率也突破到GHz。最后,理论与实验结果证实了电压诱导垂直磁各向异性改变是该器件微波放大的机理,实现了一种新的微波放大机理。

关键词：隧穿磁电阻自旋转移力矩磁性隧道结微波发射微波探测微波放大

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