自旋纳米振荡器微波发射特性研究

发布时间：2021-01-05 00:17

　　电子的电荷属性以及自旋属性,是人类信息技术产业发展革新之根本。电荷属性运用到人类生产生活中,诞生了传统电子学,使信息产业和相关工业领域都得到了突飞猛进的发展。自旋电子学则是一门利用了电子自旋属性的新兴综合性学科,成为了推动信息产业发展的中流砥柱。1988年,GMR效应被人们发现,磁存储技术迎来了光明前景,美国IBM公司成功研制了基于GMR效应的磁头。随后,基于隧穿磁电阻效应的磁存储技术则能大大改善原有的信息存储方式,提高信息存储速度、密度,同时降低器件功耗,于2001年由TDK公司成功研制出了基于TMR效应的硬盘。为了实现更高存储密度,需要矫顽力更加优异的磁性材料,但这些磁性材料的应用却会明显影响磁矩的翻转。考虑到这些影响,微波辅助磁记录技术走进人们的研究范畴,它利用了自旋转移力矩（STT）效应,在微波场和外加磁场的共同作用下,能够在有效降低矫顽力的同时提高存储能力。自旋纳米振荡器是微波辅助磁记录的关键技术,相比于目前的半导体存储技术,自旋纳米振荡器的结构更加简单,体积更小,频率范围宽（在0.1～100 GHz之间）等的优势更为突出。自旋纳米振荡器是在自旋极化电流的作用下,使自由层的磁... 

【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１－２?ＧＭＲ效应的电阻模型示意图??

山东大学硕士学位论文??ｉｉ?！?ｉｉ?ｊ??ＦＩ?Ｉ?Ｆ２?ＦＩ?＾?Ｆ２?ｊ??盒：复ｎ??Ａ／；（Ｅ）?Ｎｋ（Ｅ）?Ｎ＜（Ｅ）?／Ｖ＊（Ｅ）?／Ｖ；（Ｅ）?Ａ／ｆ（Ｅ）?Ｎ＾Ｅ）?Ａ／＊（Ｅ）??（ａ）?（ｂ）??图１－３磁性隧道结核心结构及电子隧穿示意图。??（ａ）铁磁层的磁矩平行排列；（ｂ）铁磁层的磁矩反平行排列；??在Ｊｕｌｌｉｅｒｅ模型中，将ＴＭＲ效应与铁磁层的自旋极化率相联系，假设隧穿电??导与铁磁层费米能级处的态密度乘积为正比关系，即??Ｇｆｆ?〇ｃ?ＮｌａＮｌＣＴ?（１－５）??＜Ｊ为自旋取向，分别用Ｔ，４表示；丨，２分别代表两个铁磁层的电极。那么，??磁矩平行状态下的隧穿电导可以表示为??Ｇｐ?＝?＋?Ｇ｜ｊ，?〇ｃ?Ｎ１｜Ｎ２ｔ?＋?Ｎ１４，Ｎ２ｉ．?（１－６）??磁矩反平行状态下的隧穿电导可以表示为??Ｇａｐ?＝?Ｇｆｉ?＋?Ｇ丄ｔ?ＮｉｔＮｚ丄?＋?ＮｗＮｚｔ?（１－７）??将自旋极化率定义为??Ｐｉ?＝也二＾?（１－８）??１?ＮｉＴ＋Ｎｕ?〇Ｊ??其中ｉ?＝?ｌ或２，根据式（１－８），可以得到??５??

山东大学硕士学位论文??（ａ？?ｅｌｅｃｔｒｏｎ?ｆ！ｕｘ?＾?（ｂ）?ｇ?ｅｉｅｄｒｏｎ?ｆｌｕｘ???￣?ｉｔ?ｍ??－ｔ?Ｔ?＼?卜?ｆ??＼?—？?ｙ?＾?？＊—?／??＾?１?＾?１＾１?１?？卜＿??图１－４?ＳＴＴ效应原理图??相比传统的应用磁场进行磁矩方向调控的方法，ＳＴＴ效应利用电流实现了磁??矩的稳定进动甚至是翻转，使得自旋电子器件可以摆脱磁场调控磁矩翻转的缺??点，从而具有更高的存储密度，更小的尺寸，更低的能耗以及更快的速度。??１．３．２自旋纳米振荡器（ＳＴＮＯ）简介??自旋纳米振荡器（ＳＴＮＯ）是在ＳＴＴ效应基础上所开发的一种新型自旋电子??器件［３２＿３４］，能够在不依赖外加磁场的情况下，通过自旋极化电流的作用，使自由??层的磁矩能够绕有效场做稳定进动，同时与磁电阻的周期性变化相结合，得到稳??定的微波输出信号。ＳＴＮ？具有尺寸孝工作频带宽、低功耗、高灵敏度以及高??集成度等优异特性，能够广泛应用于微波辅助磁记录、微波探测、非相干收发器??等众多领域。??如图１－５所示为ＳＴＮＯ结构及工作原理示意图，其核心结构是金属自旋阀或??磁性隧道结的三层膜结构。当外加电流注入ＳＴＮＯ后，电流会转变为自旋极化??电流，达到一定的电流密度后，就能够恰好以ＳＴＴ效应抵消阻尼作用，从而在??自由层中实现磁矩的稳定进动，再结合ＧＭＲ或ＴＭＲ效应得到微波输出信号。??８??


本文编号：2957632