[发明专利]一种基于垂直磁化自由层的自旋微波振荡器及其制造方法

权利要求书

1.一种基于垂直磁化自由层的自旋微波振荡器，包括磁性多层膜以及与所述磁性多层膜连接的电极，其特征在于，所述磁性多层膜包括：

由非磁性金属材料构成的种子层；

形成于种子层上的，具有面内平衡磁化状态的第一磁性层（1）； 

形成于第一磁性层（1）之上的非磁性隔离层(2) ；

形成于非磁性隔离层（2）之上的具有垂直磁化的磁性自由层（3）；

以及，形成于自由层（3）之上的保护层。

2.如权利要求1所述的基于垂直磁化自由层的自旋微波振荡器，其特征在于，所述非磁性隔离层优选采用厚度为1.0nm～6.0 nm的非磁性金属层和/或厚度为0.5 nm～1.0 nm的隧道绝缘层。

3.如权利要求1或2所述的基于垂直磁化自由层的自旋微波振荡器，其特征在于，所述非磁性隔离层优选采用无机材料绝缘膜和/或有机材料绝缘膜，所述无机材料绝缘膜至少选自金属氧化物绝缘膜、金属氮化物绝缘膜、类金刚石薄膜、EuS薄膜和Ga₂O₃薄膜中的任意一种或两种以上的组合。

4.如权利要求3所述的基于垂直磁化自由层的自旋微波振荡器，其特征在于，所述金属氧化物或金属氮化物是由能构成绝缘层的金属元素经氧化或氮化形成，所述金属元素至少选自Al、Ta、Zr、Zn、Sn、Nb和Mg中的任意一种或两种以上的组合。

5.如权利要求1所述的基于垂直磁化自由层的自旋微波振荡器，其特征在于，所述第一磁性层(1) 主要由具有面内平衡磁化状态的磁性材料制成，所述磁性材料优选采用具有磁性的合金和/或化合物。

6.如权利要求5所述的基于垂直磁化自由层的自旋微波振荡器，其特征在于，所述磁性材料至少选自3d过渡族磁性金属或其合金、4f稀土金属或其合金和半金属磁性材料中的任意一种或两种以上的组合；

所述3d过渡族磁性金属或其合金至少选自Fe、Co、Ni、CoFe、NiFe和CoFeB中的任意一种或两种以上的组合；

所述半金属磁性材料至少选自Fe₃O₄、CrO₂、La_0.7Sr_0.3MnO₃和Heussler合金中的任意一种或两种以上的组合。

7.如权利要求1所述的基于垂直磁化自由层的自旋微波振荡器，其特征在于，所述磁性自由层（L2）由具有垂直磁化的铁磁性材料制成，所述铁磁性材料至少选自Fe、CoFeB、Co/Pt、Co/Pd、Co/Ni、Cu/Ni和TeFeCoAl中的任意一种或两种以上的组合。

8.如权利要求1所述的基于垂直磁化自由层的自旋微波振荡器，其特征在于，它还包括反铁磁性层，所述第一磁性层（1）形成于该反铁磁性层之上。

9.如权利要求8所述的基于垂直磁化自由层的自旋微波振荡器，其特征在于，所述反铁磁性层优选由反铁磁合金和/或反铁磁化合物形成；

所述反铁磁合金至少选自Pt-Mn、Pd-Mn、Fe-Mn、Ir-Mn和Rh-Mn中的任意一种或两种以上的组合。

10.如权利要求1所述的基于垂直磁化自由层的自旋微波振荡器，其特征在于，所述电极包括由非磁性金属层构成的上、下电极。

11.如权利要求1所述的基于垂直磁化自由层的自旋微波振荡器，其特征在于，所述磁性多层膜为横向尺寸在100±50 nm的柱状结构或点接触结构。

12.如权利要求1所述基于垂直磁化自由层的自旋微波振荡器的制造方法，其特征在，该方法为：采用磁控溅射方法在衬底上自下而上依次形成种子层、第一磁性层（1）、非磁性隔离层（2）、磁性自由层（3）及保护层，再通过微电子工艺将形成的磁性多层膜加工为横向尺寸在100±50 nm的柱状或50 nm左右的点接触结构，其后在磁性多层膜上设置上、下电极，形成目标产物。

13.如权利要求12所述基于垂直磁化自由层的自旋微波振荡器的制造方法，其特征在于，所述衬底优选采用Si/SiO₂衬底。

14.如权利要求12所述基于垂直磁化自由层的自旋微波振荡器的制造方法，其特征在于，所述微电子工艺包括依次进行的电子束曝光、紫外曝光、薄膜沉淀以及剥离工序。