[发明专利]基于自旋霍尔效应的磁性元件、微波振荡器及其制法

权利要求书

1.一种基于自旋霍尔效应的磁性元件，其特征在于包括：

能够诱导电子产生自旋流的非磁性金属膜层(ML)，

以及，形成在所述非磁性金属膜层(ML)上的、具有平衡磁化的磁性膜层 (FL)。

2.根据权利要求1所述的基于自旋霍尔效应的磁性元件，其特征在于，所述非磁性金属膜层(ML)主要由能产生自旋霍尔效应的金属元素组成，所述金属元素包括Ta、Pt、Pb、W、Hf、Ir、Ru、Au、Ag、Zr、Cu、Re、Os、Mn、Nb、Mo和V中的任意一种或两种以上的组合；

其中，所述非磁性金属膜层（ML）的厚度为1.0～6.0nm。

3.根据权利要求1所述的基于自旋霍尔效应的磁性元件，其特征在于，所述磁性膜层 (FL)包括主要由磁性材料构成的磁性单层膜或磁性多层膜，所述磁性单层膜厚度为0.5 nm～6.0 nm。

4.根据权利要求3所述的基于自旋霍尔效应的磁性元件，其特征在于，所述磁性多层膜沿设定方向依次分布的第一磁性层、空间层和第二磁性层。

5.如权利要求4所述的基于自旋霍尔效应的磁性元件，其特征在于，所述磁性单层膜、第一磁性层和第二磁性层主要由磁性材料构成；

所述空间层主要由导体材料或绝缘体材料构成，

其中，所述导体材料包括非磁性金属、碳材料和有机导电材料中的一种或两种以上的组合，

所述绝缘体材料包括金属绝缘氧化物，金属绝缘氮化物、碲化物和硒化物中的一种或两种以上组合。

6.根据权利要求3-5中任一项所述的基于自旋霍尔效应的磁性元件，其特征在于，所述磁性材料包括3d过渡族金属或其合金、4f稀土金属或其合金、稀磁合金材料、半非金属磁性材料和钇铁石榴石中的任意一种或两种以上的组合；

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

所述4f稀土金属或其合金包括la、Sm、Nd、Tb、TbFe、TbFeCo和Sm₅Co中的任意一种或两种以上的组合；

所述稀磁合金材料包括GaMnAs或GeMn的任意一种或两种以上的组合；

所述半金属磁性材料包括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.权利要求1-6中任一项所述基于自旋霍尔效应的磁性元件在制备电子元件中的应用，所述电子元件包括微波振荡器。

8.一种基于自旋霍尔效应的微波振荡器，其特征在于包括权利要求1-6中任一项所述的磁性元件，所述磁性元件形成在衬底层（SL）上，且所述磁性元件上设有金属电极（EL）；

其中，所述衬底层主要由无机材料组成，所述无机材料包括Si、SiO₂、蓝宝石材料中的任意一种或两种以上的组合；

其中，用于形成所述金属电极的材料包括Au、Ag、Cu、Pt、Pb、W和Ta中任意一种或两种以上的组合。

9.权利要求8所述基于自旋霍尔效应的微波振荡器的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

S1. 利用薄膜沉积技术依次形成非磁性金属膜层(ML)和磁性膜层 (FL)；

S2. 利用光刻和/或刻蚀技术对所述非磁性金属膜层(ML)和磁性膜层 (FL)进行图形化处理，形成磁性元件结构；

S3. 依次利用薄膜沉积技术和光刻和/或刻蚀技术加工形成金属电极。

10.权利要求9所述基于自旋霍尔效应的微波振荡器的制备方法，其特征在于，所述微波振荡器包括两端自旋微波振荡器或三端自旋微波振荡器。