一种磁性薄膜噪声抑制器带宽的调制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于磁性材料与元器件技术领域，具体涉及一种磁性薄膜噪声抑制器带宽 的调制方法。
【背景技术】
[0002] 磁性薄膜噪声抑制器是利用高频软磁薄膜的铁磁共振效应来实现高频噪声信号 抑制的一种元器件。该类噪声抑制器一般采用将高频软磁薄膜集成在传输线或制备在一定 的基底上然后放置于共面波导传输线上制得，如图1所示。当沿传输线传播的高频电磁噪 声信号经过磁性薄膜电磁噪声抑制器时，以某一个频率为中心，在一定频带内出现衰减，从 而达到抑制高频噪声信号的目的。对于某一高频软磁薄膜其具有特定的共振频率，当薄膜 的共振频率与通过它的微波场频率相等时，高频软磁薄膜由于共振效应将会吸收经过它的 微波场功率然后通过阻尼作用而损耗。因此，利用其制成薄膜噪声抑制器后，当传输线传输 的高频噪声信号频率与薄膜的共振频率相当时，就能对这个频段的高频电磁噪声产生吸收 抑制的作用。
[0003] 由于薄膜电磁噪声抑制器的抑制频率及带宽均由其中的高频软磁薄膜的共振频 率及共振线宽决定，因此，当薄膜制备完成后其抑制频率及抑制带宽即已确定。在磁性薄 膜噪声抑制器中采用的高频软磁薄膜主要有铁基、钴基、铁钴基软磁（颗粒）薄膜及交换 耦合多层膜。其中，交换耦合多层膜是利用[铁磁层/反铁磁层]体系（其中铁磁层选 用钴基、铁基、铁钴基软磁薄膜）产生的交换偏置场来提升钴基、铁基、铁钴基软磁薄膜 的各向异性场，可在利用它们高饱和磁化强度的条件下将薄膜的应用频段提升至微波段 甚至更高。因此，[铁磁层/反铁磁层]n交换耦合多层膜是目前高频段中应用较广泛的 一类材料。在[铁磁层/反铁磁层]n交换耦合多层膜体系中，薄膜的共振频率及抑制 带宽主要由该体系的交换偏置场决定，且当[铁磁层/反铁磁层]n交换耦合多层膜制 备完成后，其交换偏置场的大小就已确定。根据高频软磁薄膜频率特性的Kittel公式：
(其中：T为旋磁比；Hk为薄膜本身的单轴各 向异性场；交换偏置场；MsS薄膜的饱和磁化强度），一确定大小的交换偏置场对应一 确定大小的共振频率fFMR。因此，利用其所制备的噪声抑制器也就只能实现某一确定频段的 噪声信号的抑制。然而在目前的电路系统中，高频噪声信号的频率范围较宽，因此，若能按 需要调整噪声信号抑制频段及展宽抑制频段将大大提高薄膜噪声抑制器的应用灵活性。
【发明内容】
[0004] 本发明提供了一种磁性薄膜噪声抑制器带宽的调制方法，在制备得到基于[铁磁 层/反铁磁层]n交换耦合多层膜的薄膜噪声抑制器后，通过自旋转移效应调制[铁磁层/ 反铁磁层]n多层膜中顶部[铁磁层/反铁磁层]单周期的交换偏置场，基于顶部[铁磁层 /反铁磁层]单周期交换偏置场的改变来调制交换耦合多层膜的共振频率和共振线宽，从 而实现对磁性薄膜噪声抑制器带宽的调制。本发明可在薄膜噪声抑制器制备完成后，根据 实际需要调整噪声信号抑制频段及展宽噪声抑制器的抑制频段，可大大提高薄膜噪声抑制 器的应用灵活性。
[0005] 本发明的技术方案如下：
[0006] -种磁性薄膜噪声抑制器带宽的调制方法，包括以下步骤：
[0007] 步骤1:采用薄膜沉积工艺并在外磁场H1作用下，在基片上沉积[铁磁层/反铁 磁层]n(n=1~30)交换親合多层膜；
[0008] 采用薄膜沉积工艺沉积[铁磁层/反铁磁层]n交换耦合多层膜时，所述外磁场H1 的方向沿膜面，大小在500e~3000e之间；所得的[铁磁层/反铁磁层]n交换耦合多层膜 由于铁磁层与反铁磁层之间的钉扎作用，会产生沿外磁场H1方向的交换偏置场H m1;
[0009] 步骤2 :对步骤1得到的交换耦合多层膜施加外磁场作用，所述施加的外磁场H2 的大小为大于交换耦合多层膜的交换偏置场HMl、方向与步骤1所述交换耦合多层膜交换 偏置场H Ml方向相反；同时，在所述交换耦合多层膜表面沿步骤2施加的外磁场H2方向施 加脉冲电流；即可实现对磁性薄膜噪声抑制器带宽的调制。
[0010] 进一步地，步骤1所述基片为Si基片、玻璃基片等；所述铁磁层材料为Ni、Fe、Co 或Ni/Fe/Co的合金等；所述反铁磁层材料为FeMn、NiMn、IrMn、PtMn等。
[0011] 进一步地，步骤2所述施加的脉冲电流的电流密度大于106A/cm2,作用时间为10~ 100ms〇
[0012] 本发明的原理如下：
[0013] 当在交换耦合多层膜表面施加脉冲电流时，脉冲电流经过顶部[铁磁层/反铁磁 层]单周期，电流会因为顶部[铁磁层/反铁磁层]单周期中铁磁层的作用而极化，极化后 电子的自旋取向将沿外磁场H2的方向取向。当该极化电流流经顶层[铁磁层/反铁磁层] 时，其所携带的自旋角动量将转移给顶层[铁磁层/反铁层]单周期界面的未补偿自旋，该 过程称为自旋转移过程。当该极化电流大于[铁磁层/反铁层]界面未补偿自旋翻转的阈 值电流（一般为大于l〇 5A/cm2)大小时，就会使界面未补偿自旋的取向沿外磁场H2的方向 发生翻转；且界面未补偿自旋翻转的角度大小与流经顶层[铁磁层/反铁磁层]的电流大 小呈正比。交换偏置场的大小决定于界面未补偿自旋的大小。由于[铁磁层/反铁磁层] n交换耦合多层膜制备过程中产生的未补偿自旋沿外磁场H1的取向，而脉冲电流作用时采 用的外磁场H2与H1的方向正好相反，自旋转移作用会使顶层[铁磁层/反铁磁层]的未 补偿自旋向外磁场H2方向翻转，使得沿原外磁场H1方向的界面未补偿自旋减小，因而顶层 [铁磁层/反铁磁层]单周期薄膜沿外磁场H1方向的交换偏置场Hm2将小于最初的H Ml。 然而，在[铁磁层/反铁磁层]n交换耦合多层膜中，大部分电流由于顶层反铁磁层的分流 作用，被限制在顶部[铁磁层/反铁磁层]中，而底部的[铁磁层/反铁磁层]n-1薄膜中 通过的自旋极化电流密度无法达到大于l〇 5A/cm2量级，不能满足[铁磁层/反铁层]界面 未补偿自旋翻转的阈值电流要求，因而不会发生改变，其交换偏置场仍为H Ml。由于沿薄膜 表面注入的脉冲电流仍有一小部分会耗散在底部[铁磁层/反铁磁层]n-1交换耦合多层 膜中，因此，沿膜面所施加的脉冲电流需要大于l〇 6A/cm2,才能保证在顶部[铁磁层/反铁 磁层]薄膜中流过满足翻转界面未补偿自旋的阈值电流的要求。
[0014] 本发明在交换耦合多层膜中施加脉冲电流后，在[铁磁层/反铁磁层]n交换耦 合多层膜中出现了两个不同大小的交换偏置场HMl和H ，根据高频软磁薄膜频率特性的 kittle公式，该交换耦合多层膜