[发明专利]一种基于磁性隧道结的太赫兹波调制器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于磁性隧道结的太赫兹波调制器，包括：衬底及固定于所述衬底上的复合膜异质结构；所述复合膜异质结构包括固接于衬底上的反铁磁钉扎层、固定于所述反铁磁钉扎层上的第一铁磁层、固定于所述第一铁磁层上的绝缘层、固定于所述绝缘层上的第二铁磁层及固定于所述第二铁磁层上的覆盖层。根据本发明，本太赫兹调制器工作范围宽，尺寸小巧，使用较弱的磁场就可以实现对太赫兹波的大幅度调制。兼容半导体工艺技术，可以方便地实现大规模制造。

技术领域

本发明涉及光电功能器件的技术领域，特别涉及一种基于磁性隧道结的太赫兹波调制器及其制备方法。

背景技术

太赫兹波是指波长在3mm-30μm，对应频率范围在0.1-10THz，介于毫米波与红外光学之间的电磁波谱区域。在太赫兹光谱和成像等技术被开发出来以后，太赫兹科学和技术表现出了极大的应用前景。针对太赫兹波光谱与通信应用，需要对太赫兹波进行调制。太赫兹波的调制是指通过利用调制器件使太赫兹波的幅值发生变化。现有的太赫兹调制器件调制频谱窄、深度小，难以实现连续调节。因此，很难满足太赫兹光谱与通信技术对太赫兹调制性能的要求。此外，一般的太赫兹调制器主要基于电子的电荷属性，本发明拟引入电子的自旋自由度，有望实现更低功耗的太赫兹调控器件。

早在1975年,Julliere等人就在Co/Ge/Fe磁性隧道结中观察到了隧穿磁电阻效应。铁磁薄膜的磁化方向可以在外磁场的控制下进行切换。隧道磁电阻效应是指当两个铁磁层的磁化方向同向时，电子透过绝缘层的量子隧穿效应较大，此时表现出较小的宏观电阻。当两个铁磁层的磁化方向相反时，电子隧穿透过绝缘层的可能性减小，表现出较大的宏观电阻。因此，通过控制磁化方向可实现隧道结电阻的控制，称为隧道磁电阻效应。目前，这一技术主要使用在磁存储器件中。2015年，Jin等人提出运用太赫兹时域光谱研究具有巨磁阻效应的自旋阀在自旋平行和反平行状态下的电导率谱，直接、准确地确定Mott传导过程中的基本参数，包括自旋分辨的电子散射时间和自旋分辨的电子密度。该工作表明电子的散射过程发生在亚皮秒时间尺度，且对太赫兹脉冲起到一定的调控能力[Nature Physics11,761(2015)]。

发明内容

针对现有技术中存在的不足之处，本发明的目的是提供一种基于磁性隧道结的太赫兹波调制器及其制备方法，本太赫兹调制器工作范围宽，尺寸小巧，使用较弱的磁场就可以实现对太赫兹波的大幅度调制。兼容半导体工艺技术，可以方便地实现大规模制造。为了实现根据本发明的上述目的和其他优点，提供了一种基于磁性隧道结的太赫兹波调制器，包括：

衬底及固定于所述衬底上的复合膜异质结构；

所述复合膜异质结构包括固接于衬底上的反铁磁钉扎层、固定于所述反铁磁钉扎层上的第一铁磁层、固定于所述第一铁磁层上的绝缘层、固定于所述绝缘层上的第二铁磁层及固定于所述第二铁磁层上的覆盖层。

优选的，所述复合膜异质结构的厚度为10-200nm。

优选的，所述衬底的材料包括高阻硅片、熔融石英片、氧化镁或蓝宝石。

优选的，所述反铁磁钉扎层的材料包括IrMn、Mn₂Au或Mn₃Sn。

优选的，所述第一铁磁层的材料包括Ni、Co、Fe、NiCoFe、CoFeB、NdFeB、NiFe、CoPt或Co₂MnSn，厚度为1～10nm。

优选的，所述绝缘层为氧化物或者惰性金属，包括MgO或Ru。

优选的，所述第二铁磁层的材料包括Ni、Co、Fe、NiCoFe、CoFeB、NdFeB、NiFe、CoPt或Co₂MnSn，厚度为1～10nm。

优选的，所述覆盖层为氧化物或者惰性金属，包括MgO、Ta或Al₂O₃，厚度为2-5nm。