专利名称：一种磁性单层膜微波振荡器及制作方法和控制方法与用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及微波振荡器，特别是涉及一种基于闭合或非闭合环形磁性单层膜的微波振荡器其制作方法和控制方法与用途。
背景技术：
1996年美国科学家J. Slonczewski从理论上预言了一种自旋电子学领域新的物理机制一自旋转矩(Spin Transfer Torque， STT)效应。当流过磁性材料的电流在一定合适范围内时，磁性层中会出现磁矩进动，即磁矩绕着某个对称轴旋转，进而产生微波的发射。自旋转移力矩效应的一个主要的应用是自旋微波器件，在施加外磁场或未施加外磁场的磁性隧道结(MTJ)或自旋阀中通一直流电流，就能输出高频微波信号，改变磁场的大小或电流大小就可以调节微波频率，频率调节范围为lGHz至100 GHz。利用这个原理可以研制纳米尺度(约100nm)的微波器件，进行微波的产生或检测。
微波振荡器是在通信领域中用于输出微波的常用器件，广泛应用于雷达、广播基站、电视、移动通信终端和高频信号发生器等。现在的无线电通讯发展日新月异，要求通讯系统越来越小型化，并需要高集成度和低功耗，并且其工作频率不断提高并且具有高的频率可控可调谐性，因此需要具有很高品质因数的可集成射频通信前端等。虽然己经有很多商用的微波振荡器，但在上述综合性能需求方面都有一些不足之处。比如磁控管振荡器是应用比较早的，但是它具有体积过大、不易于集成、频率低、功耗大的缺点，因此不能很好的用于未来通讯。再比如LC压控振荡器的频率也不是很高，几乎达不到吉赫兹(GHz)，而且调频范围比较窄，集成度也不是很高，品质因数也低。另外还有晶体振荡器，它是一种固态振荡器，芯片本身的谐振频率基本上只与芯片的切割方式、几何形状和尺寸有关，虽然频率稳定性比较好，但是调频比较困难。 一般的晶体振荡器最高输出频率不超过200MHz，个别的达到吉赫兹(GHz)，所以频率也不是很高。最主要的是这种晶体振荡器尺度是毫米量级,给集成造成很大的困 难，而且功耗也很大。目前商用无线通讯系统(如蜂窝无线网)的射频接收前
端都是宏观尺度的，其侧向尺寸一般在lmm至2ram，且多年来没有明显縮小。 而射频接收前端中其它数字电路的尺寸则已经发生了日新月异的变化，变得越 来越小。许多工程人员致力于射频微机电系统(RF-MEMS)研究以期获得可以集 成化的射频振荡器，然而这种器件不但输出功率低，并且需要真空包装，要做 到高品质需要付出高的制造成本。
发明内容
为了克服现有技术的上述不足，本发明的目的之一是提供一种微波振荡器 的制作方法，采用新的器件设计原理来提高基频，减小信号在多级倍频放大中 产生的噪声，进一歩提高信号的信噪比。
本发明的另一目的是提供一种微波振荡器，其具有器件小型化、高的集成 度、低功耗、高工作频率，并且具有高的频率可控可调谐性，具有高品质因数 和抗辐射性等优点。
本发明的上述目的是通过如下的技术方案实现的
一种微波振荡器的制作方法，包括如下的步骤
步骤S101，提供衬底；
步骤S102，在所述衬底上沉积磁性单层膜，并形成闭合或非闭合环状磁 性单层膜单元；
步骤S103，在所述磁性单层膜单元上形成一对输入端电极和至少一对输 出端电极。
进一步地，在步骤S101中，还包括对衬底进行清洗的步骤。 进一步地，步骤S102具体包括如下步骤
步骤S1021，在上述衬底上沉积磁性单层膜。
步骤S1022，将磁性单层膜蚀刻成多个闭合或非闭合环状磁性单层膜单
元o
进一步地，步骤S103具体包括如下步骤
步骤S1031，在磁性单层膜上沉积绝缘层，对磁性单层膜进行掩埋并且相 互隔离出不同的磁性单层膜单元。步骤S1032,在磁性单层膜单元的位置上对绝缘层进行刻蚀使绝缘层下掩 埋的磁性单层膜单元暴露；
步骤S1033，在磁性单层膜单元上沉积一层导电层，再将导电层加工成一 对输入端电极和至少一对输出端电极。
进一步地，该制作方法还包括
步骤S104，采用防氧化材料将磁性单层膜单元进行掩埋，只有输入端电
极和输出端电极暴露。
进一步地，步骤S103具体包括如下步骤
步骤S1031'，在磁性单层膜基片上，进行涂胶、前烘干；
步骤S1032'，根据输入端电极和输出端电极的形状对磁性单层膜基片进
行对准曝光，接着显影，定影，后烘干，使需要形成电极的位置暴露； 步骤S1033，，在磁性单层膜基片上，沉积导电层； 步骤S1034'，用去胶剂进行去胶，形成输入端电极以及输出端电极。 进一步地，所述的磁性单层膜的材料为Co， Fe， M或它们的合金，该合
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； 进一步地，所述的磁性单层膜的厚度为5nm至2000nm。 进一步地，所述的磁性单层膜单元的形状为闭合或非闭合的圆环、椭圆环、
三角形环或多边形环；所述环的内边边长为5nm至100000nm，外边的边长为
10nm至200000nm，闭合环的宽度在5nm至100000nm。
进一步地，所述电极的材料为Au、 Ag、 Pt、 Cu、 Ru、 Al、 SiAl金属或
其它们的合金；所述电极厚度为20nm至2000nm。
进一步地，所述绝缘层材料为Si02， A1203， Zn0， TiO， Sn0或有机分
子材料；所述绝缘层的厚度为50nm至lOOOnm。
为了达到本发明的目的，本发明还提供一种微波振荡器，包括 衬底；
形成在该衬底上的闭合或非闭合环状磁性单层膜单元； 与所述磁性单层膜单元连接的一对输入端电极和至少一对输出端电极。进一步地，所述的磁性单层膜单元的形状为闭合或非闭合的圆环、椭圆环、
三角形环或多边形环；所述环的内边边长为5nm至100000nm，外边的边长为 10nm至200000nm，闭合环的宽度在5nm至100000nm。
进一步地，所述的磁性单层膜单元的材料为Co， Fe， Ni或它们的合金， 该合金包括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。
进一步地，所述衬底为A1203—TiC、 A1203 — SiC或A1203—WC等陶瓷衬 底，或Si/Si02衬底。
进一步地，所述电极的材料为Au、 Ag、 Pt、 Cu、 Ru、 Al、 SiAl金属或 其它们的合金；所述电极由导电层薄膜形成，所述导电层薄膜厚度为20nm至 2000nm。
进一步地，所述的磁性单层膜单元的厚度为5rnn至2000nm。 进一步地，所述每对输出端电极在磁性单层膜单元上的距离是使得磁性单
层膜单元的磁畴壁到该对输出端电极中任何一个电极的距离小于或等于
200nm。
作为本发明的又一目的，本发明还提供一种上述的微波振荡器的控制方 法，其特征是，包括如下步骤
步骤S201，施加与微波振荡器的磁畴平行的磁场和通过输入端电极输入 电流，实现磁畴壁振荡；
步骤S202，在输出端电极输出振荡信号。
进一步地，步骤S201中还包括改变所述磁场，和/或改变所述电流的大 小来调节磁畴壁振荡的幅度和频率。 进一步地，还包括
步骤S203，对所述振荡信号进行锁相放大，提高其功率。 作为本发明的又一目的，本发明还提供一种上述的微波振荡器的用途，其 特征是，用于雷达、广播基站、电视、移动通信终端和高频信号发生器等。 本发明产生的有益效果如下
本发明提供的基于闭合或非闭合的环形磁性单层膜的微波振荡器，取代常 规的产生振荡的压电晶体，提高了振荡器的基频，提高了信噪比，同时应用微 纳米加工技术使器件小型化(几十到几百纳米量级)、高的集成度、低功耗、高工作频率(可以达到吉赫兹到几十吉赫兹)，并且具有高的频率可控可调谐 性，具有高品质因数和抗辐射性等优点。本发明的微波振荡器可以用来进行微 波的产生与检测，可广泛应用于通信领域中的雷达、广播基站、电视、移动通 信终端和高频信号发生器等。
图1是本发明的一种基于圆形闭合环状磁性单层膜单元的微波振荡器示 意图2是本发明的一种基于椭圆形闭合环状磁性单层膜单元的微波振荡器 示意图3是本发明的一种基于三角形闭合环状磁性单层膜单元的微波振荡器 示意图4是本发明的一种基于非闭合环状磁性单层膜单元的微波振荡器示意
$中
1——磁性单层膜；
2— --磁性单层膜中的磁矩； 31、 32------输入端电极；
41、 42、 43、 44-----输出端电极。
具体实施例方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实 施例，对本发明的微波振荡器及其制作方法进一步详细说明。应当理解，此处 所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 实施例1
制备如图1所示的基于闭合圆环状磁性单层膜的微波振荡器。 本发明的微波振荡器制作方法，包括如下的步骤 步骤S101，提供一个衬底。
本实施例中的衬底为lmm厚的Si/Si02衬底。较佳地，还包括对衬底进行清洗的步骤。清洗的方法采用本领域技术人员 熟知的常规方法。
步骤S102，在上述衬底上形成闭合圆环状磁性单层膜单元。具体包括如
下步骤
步骤S1021，在上述衬底上沉积磁性单层膜。
采用高真空磁控溅射设备，在清洗后的lmm厚的Si/Si02衬底上，采用常 规的薄膜生长方法依次沉积厚度为20nm的NiFe作为磁性单层膜1。上述磁性
多层膜的生长条件为备底真空1X10-6帕；溅射用高纯度氩气气压0.07
帕；溅射功率120瓦；衬底的旋转速率20转每分钟(rmp);生长温度室 温；生长速率0.3至1. 1埃/秒；生长时间薄膜厚度除以生长速率；并且 在沉积磁性单层膜1时，施加150奥斯特(Oe)平面诱导磁场。
步骤S1022，将磁性单层膜蚀刻成多个闭合圆环状磁性单层膜单元。
沉积好的磁性多层膜采用现有技术中的微加工技术，即首先经过涂胶、前 烘干，再在电子束曝光机上，按照所需的闭合圆形环状图形对磁性单层膜片基 进行曝光，接着显影、定影、后烘干，然后用离子刻蚀方法把磁性多层膜刻成 多个圆形闭合环，最后用去胶剂浸泡进行去胶或应用反应离子刻蚀技术进行去 胶，即形成多个圆形闭合环状磁性单层膜单元，该圆形环的内直径为440nm， 外直径为500nm，环壁宽30nm。磁性单层膜单元的个数取决于磁性单层膜的面 积和圆环形磁性单层膜单元的尺寸。
步骤S103，在磁性单层膜单元上形成一对输入端电极和至少一对输出端 电极。具体包括如下步骤
步骤S1031，在磁性单层膜上沉积绝缘层，对磁性单层膜进行掩埋并且相 互隔离不同的磁性单层膜单元。
在磁性单层膜上，利用常规的薄膜生长方法，沉积一层5至1000nm的绝 缘层，将磁性单层膜进行掩埋并且相互隔离不同的磁性单层膜单元。所述的绝 缘层为常规的绝缘体材料，优选地是Si02， A1203， ZnO， TiO， SnO或有机分 子材料(如聚氯乙烯PVC，聚乙烯PE，聚丙烯PP等)。
步骤S1032，在磁性单层膜单元的位置上对绝缘层进行刻蚀使绝缘层下掩 埋的磁性单层膜单元暴露；歩骤S1033，在磁性单层膜单元上沉积一层导电层，再将导电层加工成一 对输入端电极和至少一对输出端电极。
利用常规的薄膜生长方法，在磁性单层膜单元上沉积一层导电层，再利用 常规的半导体微加工工艺，将导电层加工成一对输入端电极和两对输出端电 极。每个闭合环状结构的磁性单层膜单元都引出输入端和输出端电极，该电极 的材料为Au、 Ag、 Pt、 Cu、 Ru、 Al、 SiAl金属或其它们的合金，其厚度为20 至2000nrn。
上述的微加工工艺包括首先经过涂胶、前烘干，再在紫外、深紫外曝光 机或电子束曝光机上，利用带有待加工图案的光刻版或电子束直写的图案进行 曝光，接着显影、定影、后烘干，然后用离子刻蚀方法把磁性多层膜上的导电 层刻成所要制作的形状，最后用去胶剂浸泡或利用反应离子束刻蚀技术等进行 去胶。
作为一种可实施的方式，在此步骤S1033中，利用常规的薄膜生长手段， 沉积厚度5nm的Ru、厚度100nm的Cu、厚度5nm的Ru作为金属导电层，生长 条件如前步骤S1021所述。采用微加工工艺形成输入端电极31， 32以及输出 端电极41， 42， 43， 44，其中输入端电极31， 32位于同一直径所在的直线上，
两对输出端电极分别位于输入端电极的两侧，且每对输出端电极在磁性单层膜 上的距离为200nm (如图1所示)。
较佳地，上述微波发生器的制作方法还包括
步骤S104，采用防氧化材料将磁性单层膜单元进行掩埋，只有输入端电 极和输出端电极暴露。
为了防止器件在空气中氧化，利用常规的薄膜生长方法和微加工工艺，沉 积一层厚度为50nm的Si02薄膜层，将磁性单层膜单元进行掩埋，只有输入和 输出端电极31， 32， 41， 42， 43， 44暴露，即得到本发明的基于闭合圆环状 磁性单层膜的微波振荡器，其结构示意图如图1所示。
如图1所示，当从输入端电极31， 32输入直流电流时，即如图中空心箭 头所示电流从输入端电极31流入，从输入端电极32流出，电流会使闭合圆形 磁性单层膜中输出端电极之间的磁畴壁2发生吉赫兹频率的振荡当畴壁在输 出端电极42， 44之间时，即畴壁在两个电极之间的磁性单层膜中时，输出端 电极42， 44之间输出高电平V42-44;当磁畴壁位于电极42， 44之外时，输出端电极42， 44之间输出低电平V' 42-44。因为磁畴壁是随时间振荡的，一 个时间段内磁畴壁在输出端电极42， 44之间，下一时间段内磁畴壁在其之外， 所以输出端电极42， 44之间会周期性地输出高电平和低电平，这就形成微波 的输出；而输出端电极41， 43的情况与输出端电极42， 44之间类似，即相应 地周期性地输出低电平和高电平。这种输出的高频微波信号，可以通过控制从 输入端31， 32通入的电流大小，或通过对外加的磁场的大小和方向控制来调 控。
在上述的技术方案中，所述薄膜生长方法，包括磁控溅射、电子束蒸发、 脉冲激光沉积、电化学沉积、分子束外延等方法。
在上述的技术方案中，所述的磁性单层膜单元由自旋极化率高，矫顽力小 的磁性材料组成，除了上述的NiFe合金外，还可以采用Co， Fe， Ni或它们的 金属合金，该合金为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；
如图1所示， 一种微波振荡器，包括
衬底；所述衬底为A1203—TiC、 A1203—SiC或A1203—WC等陶瓷衬底， 或Si/Si02衬底。
形成在衬底上的闭合圆环状磁性单层膜单元；
与所述磁性单层膜单元连接的一对输入端电极和两对输出端电极。
所述的磁性单层膜单元的磁矩2或磁通量可以形成"头对头"或"尾对尾" 排列状态，即该几何形状的磁性单层膜单元中磁矩分布为有一个磁畴壁分开 的方向不同的磁畴。所述的磁畴壁与相邻电极之间的距离小于200纳米。磁矩 是磁性材料固有的内禀性质，它会在磁性材料中有一定的方向排布，磁畴就是 磁矩方向相同的区域。磁矩在图1中得附图标记为2，磁畴壁即是当磁矩改变 方向排布时，形成的磁矩的过渡区域。所以不难理解，在"头对头"或"尾对 尾"排列的交界处，即是磁畴壁。
使用基于上述几何形状的磁性单层膜单元的微波振荡器件作为基频振荡 源，后经锁相及多级倍频放大后可以得到高信噪比的高频高功率信号。
本发明还提供一种上面所述的微波振荡器的控制方法，包括如下步骤步骤S201，施加与微波振荡器的磁畴平行的磁场和通过输入端电极输入
电流，实现磁畴壁振荡；
步骤S202，在输出端电极输出振荡信号。
较佳地，步骤S201中还包括改变所述磁场的强度(或方向)和/或所述电
流的大小来调节磁畴壁振荡的幅度和频率。
更佳地，上述控制方法还包括
步骤S203，对所述振荡信号进行锁相放大，提高其功率。 本发明还提供一种所述的微波振荡器的用途，用于雷达、广播基站、电视、 移动通信终端和高频信号发生器等。
实施例2
本实施例的微波振荡器制作方法，其步骤基本与实施例l相同，不同在于
在磁性单层膜单元上形成输入端电极和输出端电极的步骤，艮P :
步骤S103，在磁性单层膜单元上形成一对输入端电极和至少一对输出端
电极。具体包括如下步骤
步骤S1031'，在磁性单层膜l上，进行涂胶、前烘干；
步骤S1032'，根据一对输入端电极和至少一对输出端电极的形状对磁性 单层膜基片进行对准曝光，接着显影，定影，后烘干，使需要形成电极的位置 暴露。
在电子束曝光机上，根据金属电极的形状对磁性单层膜基片进行对准曝 光，接着显影，定影，后烘干，使需要形成电极的位置暴露。
步骤S1033'，在磁性单层膜基片上，沉积导电层。
利用常规的薄膜生长方法，在磁性单层膜基片上沉积一层厚度为5nm的
Ru、 100nm的Cu、 5nm的Ru作为导电层。
步骤S1034'，用去胶剂进行去胶，形成输入端电极以及输出端电极。 用去胶剂进行去胶，即lift-off工艺，把电极以外的导电层剥离掉，形
成输入端电极31， 32以及输出端电极41， 42， 43， 44。
实施例3
制备如图2所示的基于闭合椭圆环状磁性单层膜的微波振荡器。本实施例提供的微波振荡器的制作方法，其步骤基本与实施例l相同，不 同在于
步骤S102，在上述衬底上形成闭合椭圆环状磁性单层膜单元。具体包括 如下步骤
步骤S1021，在上述衬底上沉积磁性单层膜。
歩骤S1022,将磁性单层膜蚀刻成多个闭合椭圆环状磁性单层膜单元。
该椭圆形闭合环状磁性单层膜单元，其长轴内直径为740nm，外直径为 800nm，短轴内直径为540nm，外直径为600nm，环壁宽30nm。
步骤S103，在磁性单层膜单元上形成一对输入端电极和至少一对输出端 电极。具体包括如下步骤
歩骤S1031，在磁性单层膜上沉积绝缘层，对磁性单层膜进行掩埋并且相 互隔离不同的磁性单层膜单元。
步骤S1032，在磁性单层膜单元的位置上对绝缘层进行刻蚀使绝缘层下掩 埋的磁性单层膜单元暴露；
步骤S1033，在磁性单层膜单元上沉积一层导电层，再将导电层加工成一 对输入端电极和至少一对输出端电极。
作为一种可实施的方式，在此步骤S1033中，利用常规的薄膜生长手段， 沉积厚度5nm的Ru、厚度100nm的Cu、厚度5nm的Ru作为金属导电层，生长 条件如前步骤S1021所述。采用微加工工艺形成输入端电极31， 32以及输出 端电极41， 42， 43， 44，其中两对输出端电极分别位于输入端电极的两侧， 且每对输出端电极在磁性单层膜上的距离为200nm (如图2所示)。
实施例4
制备如图3所示的基于闭合三角形环状磁性单层膜单元的微波振荡器。 本实施例提供的微波振荡器的制作方法，其步骤基本与实施例l相同，不 同在于
步骤S102，在上述衬底上形成闭合三角形环状磁性单层膜单元。具体包 括如下步骤
步骤S1021，在上述衬底上沉积磁性单层膜。
步骤S1022，将磁性单层膜蚀刻成多个闭合三角形环状磁性单层膜单元。该闭合三角形环状磁性单层膜单元的内边长为600nm，外直径为500nm， 环壁宽30nm。
歩骤S103，在磁性单层膜单元上形成一对输入端电极和至少一对输出端 电极。具体包括如下步骤
歩骤S1031，在磁性单层膜上沉积绝缘层，对磁性单层膜进行掩埋并且相 互隔离不同的磁性单层膜单元。
步骤S1032，在磁性单层膜单元的位置上对绝缘层进行刻蚀使绝缘层下掩 埋的磁性单层膜单元暴露；
歩骤S1033，在磁性单层膜单元上沉积一层导电层，再将导电层加工成一 对输入端电极和至少一对输出端电极。
作为一种可实施的方式，在此步骤S1033中，利用常规的薄膜生长手段， 沉积厚度5nm的Ru、厚度lOOnm的Cu、厚度5nm的Ru作为金属导电层，生长 条件如前步骤S1021所述。采用微加工工艺形成输入端电极31， 32以及输出 端电极41， 42，其中输出端电极在磁性单层膜上的距离为200nm(如图3所示)
实施例5、
制备如图4所示的基于非闭合圆环状磁性单层膜单元的微波振荡器。 本实施例提供的微波振荡器的制作方法，其步骤基本与实施例l相同，不 同在于
步骤S102，在上述衬底上形成非闭合圆环状磁性单层膜单元。具体包括 如下步骤
步骤S1021，在上述衬底上沉积磁性单层膜。
步骤S1022，将磁性单层膜蚀刻成多个非闭合圆环状磁性单层膜单元。
该非闭合圆环状磁性单层膜单元的内直径为740rnn，外直径为800rnn，环 壁宽30nm，非闭合区域的圆弧对应的圆心角大小为60° 。当然，此处给出的 仅仅是一个具体实施方式
，应当清楚，非闭合区域的大小可根据需要而确定。
歩骤S103，在磁性单层膜单元上形成一对输入端电极和至少一对输出端 电极。具体包括如下步骤
步骤S1031，在磁性单层膜上沉积绝缘层，对磁性单层膜进行掩埋并且相 互隔离不同的磁性单层膜单元。步骤S1032,在磁性单层膜单元的位置上对绝缘层进行刻蚀使绝缘层下掩 埋的磁性单层膜单元暴露；步骤S1033，在磁性单层膜单元上沉积一层导电层，再将导电层加工成一 对输入端电极和至少一对输出端电极。作为一种可实施的方式，在此步骤S1033中，利用常规的薄膜生长手段， 沉积厚度5nm的Ru、厚度100nm的Cu、厚度5nm的Ru作为金属导电层，生长 条件如前步骤S1021所述。采用微加工工艺形成输入端电极31， 32以及输出 端电极41， 42。其中输入端电极31， 32位于同一直径所在的直线上，输出端 电极41、 42位于输入端电极的同一侧，且输出端电极在磁性单层膜上的距离 为200nm (如图4所示)。作为一种具体实施方式
，图4中所示的输出端电极 41、 42是位于输入端电极31， 32的同一侧，而且该侧是具有连续磁性单层膜、通过上述实施例的描述，可以看出本发明产生的有益效果如下本发明提供的基于闭合或非闭合的环形磁性单层膜的微波振荡器，取代常 规的产生振荡的压电晶体，提高了振荡器的基频，提高了信噪比，同时应用微 纳米加工技术使器件小型化(几十到几百纳米量级)、高的集成度、低功耗、 高工作频率(可以达到吉赫兹到几十吉赫兹)，并且具有高的频率可控可调谐 性，具有高品质因数和抗辐射性等优点。本发明的微波振荡器可以用来进行微 波的产生与检测，可广泛应用于通信领域中的雷达、广播基站、电视、移动通 信终端和高频信号发生器等。以上所述内容，仅为本发明具体的实施方式，但本发明的保护范围并不局 限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易 想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。
权利要求
1、一种微波振荡器的制作方法，包括如下的步骤步骤S101，提供衬底；步骤S102，在所述衬底上沉积磁性单层膜，并形成闭合或非闭合环状磁性单层膜单元；步骤S103，在所述磁性单层膜单元上形成一对输入端电极和至少一对输出端电极。
2、 根据权利要求1所述的微波振荡器的制作方法，其特征是，在步骤S101 中，还包括对衬底进行清洗的步骤。
3、 根据权利要求1所述的微波振荡器的制作方法，其特征是，步骤S102 具体包括如下步骤步骤S1021，在上述衬底上沉积磁性单层膜；步骤S1022，将磁性单层膜蚀刻成多个闭合或非闭合环状磁性单层膜单元。
4、 根据权利要求1所述的微波振荡器的制作方法，其特征是，步骤S103 具体包括如下步骤歩骤S1031，在磁性单层膜上沉积绝缘层，对磁性单层膜进行掩埋并且相 互隔离出不同的磁性单层膜单元；步骤S1032，在磁性单层膜单元的位置上对绝缘层进行刻蚀使绝缘层下掩 埋的磁性单层膜单元暴露；步骤S1033，在磁性单层膜单元上沉积一层导电层，再将导电层加工成一 对输入端电极和至少一对输出端电极。
5、 根据权利要求1所述的微波振荡器的制作方法，其特征是，还包括 步骤S104，采用防氧化材料将磁性单层膜单元进行掩埋，只有输入端电极和输出端电极暴露。
6、 根据权利要求1所述的微波振荡器的制作方法，其特征是，步骤S103 具体包括如下步骤步骤S103r，在磁性单层膜基片上，进行涂胶、前烘干； 步骤S1032'，根据输入端电极和输出端电极的形状对磁性单层膜基片进 行对准曝光，接着显影，定影，后烘干，使需要形成电极的位置暴露；步骤S1033'，在磁性单层膜基片上，沉积导电层；步骤S1034'，用去胶剂进行去胶，形成输入端电极以及输出端电极。
7、 根据权利要求1所述的微波振荡器的制作方法，其特征是，所述的磁性单层膜的材料为Co， Fe， Ni或它们的合金，该合金包括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、 根据权利要求1所述的微波振荡器的制作方法，其特征是，所述的磁性单层膜的厚度为5nm至2000nm。
9、 根据权利要求1所述的微波振荡器的制作方法，其特征是，所述的磁性单层膜单元的形状为闭合或非闭合的圆环、椭圆环、三角形环或多边形环；所述环的内边边长为5rnn至lOOOOOnm，外边的边长为10nm至200000nm，闭合环的宽度在5nm至100000nm。
10、 根据权利要求1所述的微波振荡器的制作方法，其特征是，所述电极的材料为Au、 Ag、 Pt、 Cu、 Ru、 Al、 SiAl金属或其它们的合金；所述电极厚度为20nm至2000nm。
11、 根据权利要求4所述的微波振荡器的制作方法，其特征是，所述绝缘层材料为Si02， A1203, ZnO， TiO， SnO或有机分子材料；所述绝缘层的厚度为50nm至lOOOnm。
12、 一种微波振荡器，其特征是，包括衬底；形成在该衬底上的闭合或非闭合环状磁性单层膜单元；与所述磁性单层膜单元连接的一对输入端电极和至少一对输出端电极。
13、 根据权利要求12所述的微波振荡器，其特征是，所述的磁性单层膜单元的形状为闭合或非闭合的圆环、椭圆环、三角形环或多边形环；所述环的内边边长为5至100000nm，外边的边长为10至200000nm，闭合环的宽度在5至100000nm。
14、 根据权利要求12所述的微波振荡器，其特征是，所述的磁性单层膜单元的材料为Co， Fe， Ni或它们的合金，该合金包括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、 根据权利要求12所述的微波振荡器，其特征是，所述衬底为A1203一TiC、 A1203—SiC或A1203—WC陶瓷衬底，或Si/Si02衬底。
16、 根据权利要求12所述的微波振荡器，其特征是，所述电极的材料为Au、 Ag、 Pt、 Cu、 Ru、 Al、 SiAl金属或其它们的合金；所述电极由导电层薄膜形成，所述导电层薄膜厚度为20nm至2000nm。
17、 根据权利要求12所述的微波振荡器，其特征是，所述的磁性单层膜单元的厚度为5nm至2000nm。
18、 根据权利要求12所述的微波振荡器，其特征是，所述每对输出端电极在磁性单层膜单元上的距离是使得磁性单层膜单元的磁畴壁到该对输出端电极中任何一个电极的距离小于或等于200nm。
19、 一种权利要求12所述的微波振荡器的控制方法，其特征是，包括如下步骤步骤S201，施加与微波振荡器的磁畴平行的磁场和通过输入端电极输入电流，实现磁畴壁振荡；步骤S202，在输出端电极输出振荡信号。
20、 根据权利要求18所述的微波振荡器的控制方法，其特征是，步骤S201中还包括改变所述磁场，和/或改变所述电流的大小来调节磁畴壁振荡的幅度和频率。
21、 根据权利要求18或19所述的微波振荡器的控制方法，其特征是，还包括步骤S203，对所述振荡信号进行锁相放大，提高其功率。
22、 一种权利要求12所述的微波振荡器的用途，其特征是，用于雷达、广播基站、电视、移动通信终端和高频信号发生器。
全文摘要
本发明公开了一种微波振荡器及其制作方法和控制方法与用途。该微波振荡器的制作方法，包括如下的步骤提供衬底；在所述衬底上沉积磁性单层膜，并形成闭合或非闭合环状磁性单层膜单元；在所述磁性单层膜单元上形成一对输入端电极和至少一对输出端电极。该微波振荡器包括衬底；形成在该衬底上的闭合或非闭合环状磁性单层膜单元；与所述磁性单层膜单元连接的一对输入端电极和至少一对输出端电极。本发明提供的基于闭合或非闭合的环形磁性单层膜的微波振荡器，具有高基频、高信噪比、器件小型化、高集成度、低功耗和高的频率可控可调谐性等优点，可广泛应用于通信领域中的雷达、广播基站、电视、移动通信终端和高频信号发生器等。
文档编号H01P7/10GK101673867SQ20081011975
公开日2010年3月17日 申请日期2008年9月8日 优先权日2008年9月8日
发明者张曙丰, 温振超, 韩秀峰, 魏红祥 申请人:中国科学院物理研究所