本發明公開一種具有微波放大功能的磁性隧道結。該磁性隧道結包括納米磁性多層膜以及與其連接的電極，其中，磁性多層膜包括：種子層、形成于種子層上面且具有面內磁化狀態的第一磁性層、形成于第一磁性層之上的非磁性隔離層、形成于非磁性隔離層之上的具有面外傾斜磁化的磁性自由層；形成于自由層之上的保護層。該隧道結在外加磁場及外加直流電壓偏置下，可以實現對一定頻段微波信號的放大。該種磁性隧道結尺寸小、結構簡單、寬頻可調且易于制備。

技術領域

本發明涉及磁性隧道結，特別是一種具有微波放大功能的磁性隧道結。

背景技術

近年來，隨著半導體加工工藝技術的不斷提高，要求半導體器件向著輕、薄、短小化等的方向發展；此外，基于科研界對自旋電子學器件的不斷研究，到目前為止磁性隧道結(MTJs)已經可以與標準的微納米加工工藝和標準的CMOS工藝相兼容。

MTJs是一種基于電子自旋屬性的一類自旋電子學器件，這種器件可根據器件內的磁性薄膜間的磁矩的相對方向來改變自身的電阻狀態。MTJs由兩層鐵磁性薄膜和一層薄的非磁性隔離層構成，其核心結構為鐵磁性層/非磁性層/鐵磁性層構成的“三明治結構”，一個磁性層磁矩方向固定稱為參考層，另一磁性層可稱為自由層，自由層的磁矩方向可以在電流和磁場的調控下發生變化。當一個超過閾值的電流通過隧道結時，會引起自由層磁矩的進動。當自由層和參考層磁距的方向平行時，電子可以更容易地隧穿勢壘層，在這種狀態下，結果具有相對較低的電阻，表現為低阻態；當自由層和參考層的磁距的方向反平行時，電子很難遂穿勢壘層，在這種狀態下，器件具有相對較高的電阻，表現為高阻態。

磁性隧道結作為非易失性存儲器已經被廣泛的使用，與常規隨機存取存儲器(RAM)芯片技術不同，在非易失性磁性隨機存儲器(MRAM)中，數據不是存儲為電荷，而是通過存儲元件的磁性極化來存儲。除此此外，科研人員通過對磁性隧道結輸入不同的電壓信號，可以實現微波發射和微波探測功能。為了探索磁性隧道結在其他方向的應用，人們已經在磁性隧道結中實現了直流信號的放大，但是，對于微波等射頻信號一直未能實現。基于此，本發明提供一種具有新型功能的磁性隧道結，即實現微波信號的放大。

發明內容

本發明的目的在于提出一種具有微波放大功能的磁性隧道結，以開拓一種新型具有微波放大功能的自旋電子學器件，可為基于磁性隧道結的微波放大器研究、制備與表征提供一種參考手段。

為實現上述發明目的，本發明采用如下技術方案：

一種具有微波放大功能的磁性隧道結，包括磁性多層膜以及與磁性多層膜連接的電極。磁性多層膜包括：由非磁性金屬材料構成的種子層；形成于種子層上的，具有面內平衡磁化狀態的第一磁性層；形成于第一磁性層之上的非磁性隔離層；形成于非磁性隔離層之上的具有面外傾斜磁化狀態的磁性自由層，以及形成于自由層之上的保護層。

進一步的，非磁性隔離層采用厚度為0.5～1.0nm的絕緣層。

進一步的，絕緣層優先采用氧化鎂(MgO)或者氧化鋁(Al₂O₃)中的一種。

進一步的，第一磁性層主要由具有面內平衡磁化狀態的磁性材料制成，該層磁性材料優先采用磁性的合金或者化合物。磁性材料至少為Fe、Co、Ni、CoFe、NiFe、CoFeB、Fe₃O₄中的任意一種或者兩種以上的組合。

進一步的，具有面外傾斜磁化狀態的自由層，由具有面外傾斜磁化特性的磁性材料制備而成，磁性材料為NiFe、Fe、Co、FeB、CoFeB、Co/Pt、Co/Pd、Co/Ni、CoFeSiB和TeFeCoAl中的任意一種或兩種以上的組合。

進一步的，磁性多層膜還包括反鐵磁性層，第一磁性層形成于反鐵磁性層之上。反鐵磁性層材料至少選自Pt-Mn、Pd-Mn、Fe-Mn、Ir-Mn和Rh-Mn中的任意一種或兩種以上的組合。