[发明专利]一种具有非易失性的频率可调微波器件

说明书

本发明涉及一种具有非易失性的频率可调微波器件，其核心单元从下到上可以是由底端电极，反铁磁金属混合层，第一铁磁金属，氧化物，第二铁磁金属，第一金属，阻变材料，第二金属及顶端电极共九层构成；还包含一系列电子元器件：T型偏置器、脉冲发生器、直流电压、低噪声功率放大器；该微波振荡器件通过V_off和V₁、V₂、V₃……等一系列电压脉冲用于开关输出信号以及对微波输出频率进行调节。本发明既可以输出不同频率的微波信号，又可以存储频率信息，具有非易失性。本发明可以将存储于阻变存储单元中的信息通过STNO以微波的形式进行传输。可用于数据的存储及传送。

【技术领域】

本发明涉及一种具有非易失性的频率可调微波器件，尤其是指一种输出频率可调节且具有非易失性的微波信号发生器，属于纳米微波振荡器领域。

【背景技术】

在磁性隧道结纳米结构中(自由层/隔离层/钉扎层)，当一定大小的自旋极化电流通过时，其带来的自旋转移力矩(Spin Transfer Torque，STT)会引起自由层磁矩稳定进动，进而导致电阻发生高频变化，将输入的直流信号转换为高频振荡的微波信号。基于这一效应的振荡器，即自旋转移力矩纳米振荡器(Spin-Transfer Nano-Oscillator,STNO)，可作为新一代纳米尺度的微波发生器。与目前常见的微波发生器相比，STNO具有制作工艺简单、尺寸小(比传统的压控振荡器小50倍)、频带调制范围宽(达0.1～100GHz)、工作电压低(＜1.0V＝和工作温度范围宽等优点。但由于STNO的输出频率和工作电流具有非线性的依赖关系，且其本身并不具备存储特定频率的能力，这为其在实际应用中带来了困难。

【发明内容】

一、发明目的：

针对上述背景中提到的当前STNO所面临的频率调节不便且工作频率状态无法保存的问题，本发明提供了一种具有非易失性的频率可调微波器件作为解决方案。它弥补了现有STNO的不足，工作频率可通过施加电压脉冲的方式进行调节且具有存储当前频率信息的能力。

二、技术方案：

本发明的技术方案是，将阻变存储器(Resistive Random Access Memory，RRAM)的记忆特性和STNO的微波输出特性相结合，制备一种具有非易失性的频率可调微波器件，其核心单元的结构特点是将RRAM的MIM(Metal Insulator Metal金属绝缘物金属)存储单元和STNO的MTJ(Magnetic Tunnel Junction：磁性隧道结)微波发生单元堆叠在一起。其生产流程是通过传统的半导体生产后端工艺集成；其中，所述的RRAM的MIM存储单元的结构由上至下为“第二金属/阻变材料/第一金属”；所述的STNO的MTJ微波发生单元结构为“第二铁磁金属/氧化物/第一铁磁金属/反铁磁金属混合层”。

该一种具有非易失性的频率可调微波器件的核心单元从下到上可以是由MTJ-MIM构成，即底端电极(厚度为10～200nm)，反铁磁金属混合层(厚度为0～20nm)，第一铁磁金属(厚度为0～3nm)，氧化物(厚度为0～2nm)，第二铁磁金属(厚度为0～3nm)，第一金属(厚度为0～100nm)，阻变材料(厚度为0～100nm)，第二金属(厚度为0～100nm)及顶端电极(厚度为10～200nm)共九层构成；也可改变堆叠顺序从下到上由MIM-MTJ构成，即底端电极(厚度为10～200nm)，第一金属(厚度为0～100nm)，阻变材料(厚度为0～100nm)，第二金属(厚度为0～100nm)，反铁磁金属混合层(厚度为0～20nm)，第一铁磁金属(厚度为0～3nm)，氧化物(厚度为0～2nm)，第二铁磁金属(厚度为0～3nm)及顶端电极(厚度为10～200nm)共九层构成。

其中RRAM的MIM存储单元负责调控电流并存储频率相关信息，STNO的MTJ微波发生单元为产生微波输出信号的核心单元。