CN102377388A - 振荡器及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种振荡器及其操作方法。该振荡器包括具有固定磁化方向的被钉扎层、在被钉扎层之上的第一自由层、以及在第一自由层之上的第二自由层。该振荡器配置为利用第一自由层和第二自由层中的至少一个的磁矩的进动来产生信号。

Description

振荡器及其操作方法

技术领域

示例实施例涉及振荡器及其操作方法。

背景技术

振荡器是产生具有给定频率的信号的器件。振荡器用于无线通讯系统(例如移动电话、卫星和雷达通讯器件、无线网络器件、车载通讯器件)中以及模拟声音合成器中。

振荡器的主要因子是品质因子、输出功率和/或相噪声。随着振荡器的品质因子和输出功率增大并且振荡器的相噪声减小，振荡器的特性得到改善。近来，随着对高性能和小型化通讯器件的需求增大并且通讯器件的操作频带增大，需要开发具有小尺寸、高品质因子和低相噪声的高输出振荡器。

已经提出了利用自旋转移力矩(spin transfer torque)现象的自旋力矩振荡器(spin torque oscillator)。自旋力矩振荡器能制造得比一般的电感电容器(LC)振荡器和一般的薄膜体声波谐振器(FBAR)振荡器小得多且具有较高的品质因子，因此作为下一代振荡器已引起关注。

然而，一般的自旋力矩振荡器需要强磁场以用于高频振荡。例如，为了产生约数GHz的频率，应施加约数百奥斯特(Oe)的外磁场到一般的自旋力矩振荡器。然而，很难施加如此大的外磁场到一般的自旋力矩振荡器。此外，用于施加外磁场的额外器件妨碍了小型化，小型化是自旋力矩振荡器的优点。

发明内容

示例实施例涉及振荡器及其操作方法。

提供了振荡器，其利用自旋转移力矩现象且能产生高频信号而不施加外磁场到该振荡器。提供了操作振荡器的方法。

额外的方面将在以下的描述中部分阐述，并将部分地从该描述变得显然，或者可以通过实践给出的实施例而习知。

根据示例实施例，振荡器包括：第一被钉扎层，具有固定的磁化方向；第一自由层，在第一被钉扎层之上；以及第二自由层，在第一自由层之上。振荡器配置为利用第一自由层和第二自由层中的至少一个的磁矩的进动(precession)来产生信号。

第一被钉扎层以及第一自由层和第二自由层可以具有面内磁各向异性。第一被钉扎层以及第一自由层和第二自由层可以具有垂直磁各向异性。

振荡器还可以包括：第一分隔层，在第一被钉扎层和第一自由层之间；以及第二分隔层，在第一自由层和第二自由层之间。第一分隔层和第二分隔层可以是绝缘层或导电层。

振荡器还可以包括：至少一个额外的自由层，设置于第二自由层上；以及至少一个额外的分隔层，设置于所述自由层之间。

振荡器还可以包括合成反铁磁(synthetic antiferromagnet，SAF)结构。合成反铁磁(SAF)结构可以包括第一被钉扎层。在此情形下，合成反铁磁结构还可以包括：第二被钉扎层，其中第一被钉扎层设置于第二被钉扎层与第一自由层之间；以及间隔物，设置于第一被钉扎层和第二被钉扎层之间。

振荡器还可以包括设置于第一被钉扎层的表面上的反铁磁层。在此情形下，第一被钉扎层可以设置于反铁磁层和第一自由层之间。

振荡器可以是无磁场振荡器(magnetic field-free oscillator)。

第一被钉扎层可以配置来施加第一自旋力矩到第一自由层，第二自由层可以配置来施加第二自旋力矩或第一杂散场到第一自由层，第二自旋力矩和第一杂散场可以具有与第一自旋力矩的方向相反的方向。

根据示例实施例，一种操作振荡器的方法包括：施加电流到振荡器，从而第一自由层和第二自由层中的至少一个的磁矩进动；以及当第一自由层和第二自由层中的至少一个的磁矩进动时，探测振荡器的电阻的变化。

该方法还可以包括：施加电流到振荡器使得电子从第一被钉扎层流动到第一自由层和第二自由层。

第一被钉扎层以及第一自由层和第二自由层可以具有面内磁各向异性。第一被钉扎层以及第一自由层和第二自由层可以具有垂直磁各向异性。

第一分隔层可以设置于第一被钉扎层和第一自由层之间，第二分隔层可以设置于第一自由层和第二自由层之间。第一分隔层和第二分隔层可以是绝缘层或导电层。

至少一个额外的分隔层和至少一个额外的自由层可以交替设置于第二自由层上。

还可以提供合成反铁磁(SAF)结构。合成反铁磁(SAF)结构可以包括第一被钉扎层。

反铁磁层可以设置于第一被钉扎层的下表面上。

该方法还可以包括：施加第一自旋力矩到第一自由层；以及提供第二自旋力矩或第一杂散场到第一自由层。第二自旋力矩和第一杂散场可以具有与第一自旋力矩的方向相反的方向。

附图说明

这些和/或其它的方面将从下面结合附图对实施例的描述变得显然并更易于理解，附图中：

图1至图3是根据示例实施例的振荡器的截面图；

图4至图6是示出根据示例实施例的图1的振荡器的操作方法的截面图；

图7是示出根据示例实施例的操作振荡器的方法的流程图；

图8是曲线图，示出当电流施加到根据示例实施例的振荡器时振荡器的电阻随时间的变化；

图9是通过傅立叶变换从图8变换的曲线图，示出根据示例实施例的振荡器的振荡频率；以及

图10和图11是根据示例实施例的振荡器的截面图。

具体实施方式

现在将参照附图更充分地描述各种示例实施例，附图中示出示例实施例。然而，这里公开的具体结构和功能的细节仅是用于描述示例实施例的范例。因此，本发明可以以许多替代形式实现而不应被解释为仅限于这里阐述的示例实施例。因此，应当理解，无意将示例实施例限制到所公开的特定形式，而是相反地，示例实施例将涵盖落入本发明的范围内的所有修改、等价和替代。

将理解，当称一元件“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到另一元件，或者可以存在居间元件。相反，当称一元件“直接连接”或“直接耦接”到另一元件时，没有居间元件存在。如此处所用的，术语“和/或”包括一个或多个所列相关项目的任何及所有组合。

将理解，尽管术语“第一”、“第二”等可以在这里用于描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应被这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一元件、部件、区域、层或部分区别开。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部分可以被称为第二元件、部件、区域、层或部分而不偏离示例实施例的教导。

为便于描述此处可以使用诸如“在...之下”、“在...下面”、“下(lower)”、“在...之上”、“上(upper)”等空间相对性术语以描述如附图所示的一个元件或特征与另一个(些)元件或特征之间的关系。应当理解，空间相对性术语是用来概括除附图所示取向之外器件在使用或操作中的不同取向的。例如，如果附图中的器件翻转过来，被描述为“在”其它元件或特征“之下”或“下面”的元件将会在其它元件或特征的“上方”。因此，示范性术语“在...下面”就能够涵盖之上和之下两种取向。器件可以采取其它取向(旋转90度或在其它取向)，此处所用的空间相对性描述符做相应解释。

这里使用的术语仅用于描述特定实施例，而无意限制示例实施例。如此处所用的，除非上下文另有明确表述，否则单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式。还将理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指明所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或添加。

这里参照截面图描述示例实施例，这些截面图是示例实施例的理想化实施例(以及中间结构)的示意图。因而，举例来说，由制造技术和/或公差引起的插图形状的变化是可能发生的。因此，示例实施例不应被解释为限于这里示出的区域的特定形状，而是包括由例如制造引起的形状偏差在内。例如，示出为矩形的注入区域一般将具有圆化或弯曲的特征和/或在其边缘处的注入浓度的梯度，而不是从注入区域到非注入区域的二元变化。类似地，通过注入形成的掩埋区域可以在掩埋区域和注入穿过其发生的表面之间的区域中导致一些注入。因此，附图所示的区域本质上是示意性的，它们的形状无意示出器件的区域的实际形状，并且无意限制示例实施例的范围。

还应当指出，在一些备选实施例中，注明的功能/动作可以不按附图中注明的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能/动作，依次示出的两幅图可以实际上基本同时地执行或者有时可以以相反的顺序执行。

除非另行定义，此处使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)都具有示例实施例所属领域内的普通技术人员所通常理解的同样的含义。还应当理解的是，诸如通用词典中所定义的术语，除非此处加以明确定义，否则应当被解释为具有与它们在相关领域的语境中的含义相一致的含义，而不应被解释为理想化的或过度形式化的意义。

在附图中，为了清晰，层和区域的厚度被夸大。附图中相似的附图标记指示相似的元件。

现在将详细参照实施例，实施例的示例在附图中示出，附图中相似的附图标记始终表示相似的元件。在这点上，本发明的实施例可以具有不同的形式而不应被解释为限于这里进行的描述。因此，下面通过参照附图仅描述实施例以说明本说明书的多个方面。

示例实施例涉及振荡器及其操作方法。

图1是根据示例实施例的振荡器的截面图。

参照图1，根据示例实施例的振荡器可以包括堆叠在被钉扎层P1上的多个自由层，例如第一自由层F1和第二自由层F2。第一分隔层S1可以插置于被钉扎层P1和第一自由层F1之间，第二分隔层S2可以插置于第一自由层F1和第二自由层F2之间。

被钉扎层P1是具有固定磁化方向的磁层并可以由包括钴(Co)、铁(Fe)、镍(Ni)和它们的组合中的至少一种的铁磁材料形成。铁磁材料还可以包括Co、Fe和Ni之外的其它元素。例如，被钉扎层P1可以包括PtMn、IrMn、MnO、MnS、MnTe或MnF中的至少一种。可以有数种方法来固定被钉扎层P1的磁化方向。例如，为了固定被钉扎层P1的磁化方向，可以使用合成反铁磁(SAF)结构(未示出)或反铁磁层(未示出)。这将在后面更详细地描述。备选地，被钉扎层P1的磁化方向可以通过增大被钉扎层P1的厚度来固定，而不使用SAF结构或反铁磁层。也就是说，被钉扎层P1的磁化方向可以通过调节被钉扎层P1的厚度来固定，而不使用额外的层。

第一自由层F1和第二自由层F2具有可变的磁化方向且可以由铁磁材料形成。铁磁材料可以包括Co、Fe和Ni中的至少一种且也还可以包括Co、Fe和Ni之外的其它元素(例如硼(B)、铬(Cr)、铂(Pt)、钯(Pd)等)。例如，第一自由层F1和第二自由层F2可以包括CoFeB、CoFe、NiFe、CoFePt、CoFePd、CoFeCr、CoFeTb、CoFeGd和CoFeNi中的至少一种。第一自由层F1和第二自由层F2的厚度可以为约0.5nm至约10nm(例如，约1nm至约5nm)。第一自由层F1和第二自由层F2的厚度可以相同或不同。

被钉扎层P1以及第一自由层F1和第二自由层F2可以具有面内磁各向异性或垂直磁各向异性。在图1中，被钉扎层P1以及第一自由层F1和第二自由层F2具有面内磁各向异性，被钉扎层P1的磁化方向固定在负X轴方向，第一自由层F1和第二自由层F2具有平行于X轴的易磁化轴。这仅是示例。被钉扎层P1的磁化方向以及第一自由层F1和第二自由层F2的易磁化轴的方向可以以各种方式改变。

第一分隔层S1和第二分隔层S2可以是绝缘层或导电层。绝缘层可以包括例如镁(Mg)氧化物或铝(Al)氧化物。导电层可以包括从由铜(Cu)、铝(Al)、金(Au)、银(Ag)和它们的任何混合物构成的组选择的至少一种金属。第一分隔层S1和第二分隔层S2的厚度可以为例如约0.5nm至约3nm。当第一分隔层S1和第二分隔层S2是绝缘层时，根据示例实施例的振荡器可以具有隧道磁致电阻(TMR)结构。当第一分隔层S1和第二分隔层S2是导电层时，根据示例实施例的振荡器可以具有巨磁致电阻(GMR)结构。如果需要的话，第一分隔层S1和第二分隔层S2之一可以是绝缘层，而其中另一个可以是导电层。

尽管没有在图1中示出，但是第一电极可以设置于被钉扎层P1的下表面上，第二电极可以设置于第二自由层F2的上表面上。取决于用于形成被钉扎层P1和第二自由层F2的材料，第一电极或第二电极可以可选地设置。例如，当被钉扎层P1和第二自由层F2的电阻足够低时，被钉扎层P1和第二自由层F2可以用作电极。因此，可以不设置第一电极和第二电极。

根据上述示例实施例的振荡器可以通过利用第一自由层F1和第二自由层F2的至少一个磁矩的进动来产生在给定频带内的信号。例如，第一自由层F1的磁矩可以单独进动，或者第一自由层F1和第二自由层F2两者的磁矩都可以进动。磁矩的进动意味着，当磁矩的轴沿给定轨道移动时磁矩的轴旋转。在这点上，磁矩的轴方向可以与磁化方向相同。因此，磁矩的进动可以对应于磁化方向的旋转。当第一自由层F1和第二自由层F2的至少一个磁矩进动时，被钉扎层P1与自由层F1和F2之间的电阻可以周期性地变化，这样，可以产生给定频带内的信号。

因为根据示例实施例的振荡器具有彼此相邻的两个自由层F1和F2，所以自由层F1和F2的磁矩可以通过仅施加电流到振荡器而进动，而不用向其施加外磁场。通常，为了使磁矩进动，需要电流引发的自旋转移力矩和外磁场，自旋转移力矩用于磁矩的扰动(perturbation)，外磁场提供磁矩的回复力。当磁矩的扰动力与回复力平衡时，磁矩的轴可以在画出给定轨道的同时旋转。在使用单个自由层的自旋力矩振荡器(比较例)中，用于提供回复力的外磁场应当施加到自旋力矩振荡器以产生单个自由层的磁矩的进动。换言之，需要外磁场用于向单个自由层的磁化方向提供回复力。然而，在示例实施例中，第二自由层F2可以施加与外磁场类似的能量(力)到第一自由层F1，或者第一自由层F1可以施加与外磁场类似的能量(力)到第二自由层F2。因此，根据示例实施例的振荡器可以通过施加电流到振荡器来产生高频信号，而不需要外磁场。也就是说，根据示例实施例的振荡器可以是无磁场振荡器。根据示例实施例的振荡器的操作原理将在后面参照附图4至图6更详细地描述。

图2和图3示出根据示例实施例的振荡器。图2示出被钉扎层为合成反铁磁(SAF)结构的一部分的情况。图3示出反铁磁层设置于被钉扎层的下表面上的情况。SAF结构和反铁磁层可以是用于固定被钉扎层P1的磁化方向的元件。

参照图2，间隔物SP1和第二被钉扎层P2可以依次设置于被钉扎层P1(在下文称为第一被钉扎层)的下表面上。第一被钉扎层P1和第二被钉扎层P2可以具有固定得彼此相反的磁化方向。换言之，第一被钉扎层P1和第二被钉扎层P2可以沿彼此相反的方向磁化。第一被钉扎层P1和第二被钉扎层P2可以由于两个被钉扎层P1和P2之间的交换耦合特性而具有相反的磁化方向。当间隔物SP1的材料和厚度满足给定条件时，交换耦合特性可以得到展现。在此情形下，第一被钉扎层P1和第二被钉扎层P2可以一起形成具有插置于其间的间隔物SP1的合成反铁磁(SAF)结构SAF1。尽管没有示出，但是用于固定第二被钉扎层P2的磁化方向的反铁磁层还可以设置于第二被钉扎层P2的下表面上。

参照图3，反铁磁层AF1可以设置于被钉扎层P1的下表面上。反铁磁层AF1具有其中原子的磁矩沿正方向和负方向规则排列的特性。被钉扎层P1的磁化方向可以固定在反铁磁层AF1的与被钉扎层P1相邻的最上面的部分的磁矩的方向上。如图3所示，当反铁磁层AF1的最上面的部分的磁矩在负X轴方向上时，被钉扎层P1的磁化可以固定在负X轴方向上。反铁磁层AF1可以包括锰(Mn)基材料。Mn基材料可以是铟锰(InMn)、铁锰(FeMn)等。然而，用于形成反铁磁层AF1的材料不限于Mn基材料。具有反铁磁特性的任何材料可以用作用于形成反铁磁层AF1的材料。

图4是示出根据示例实施例操作图1所示的振荡器的方法的截面图。

图4遵循第一操作原理。

参照图4，第一自由层F1的磁矩可以通过施加电流I到振荡器而进动。电流I可以从第二自由层F2向被钉扎层P1施加。由于电流I，电子e-可以从被钉扎层P1经第一自由层F1流向第二自由层F2。经被钉扎P1流到第一自由层F1的电子e-可以具有与被钉扎层P1的自旋方向相同的自旋方向，并可以施加沿第一方向(负X轴方向)的第一自旋力矩ST1到第一自由层F1。第一自由层F1的磁矩可以由于第一自旋力矩ST1而扰动。此外，经第一自由层F1流到第二自由层F2的电子e-的至少一部分可以从第二自由层F2返回到第一自由层F1。以此方式从第二自由层F2返回到第一自由层F1的电子e-可以施加沿第二方向(X轴方向)的第二自旋力矩ST2到第一自由层F1。第二自旋力矩ST2的方向可以与第一自旋力矩ST1的方向相反。由于第二自旋力矩ST2，回复力可以施加到第一自由层F1的磁矩。因此，当由于第一自旋力矩ST1而引起的第一自由层F1的磁矩的扰动力和由于第二自旋力矩ST2而引起的第一自由层F1的磁矩的回复力平衡时，第一自由层F1的磁矩的轴可以旋转，同时该轴沿给定轨道移动(如图4中示意性示出的那样)。当磁矩进动时，振荡器的电阻可以周期性改变，从而，可以振荡给定频带内的信号。

图5是示出根据另一些示例实施例操作图1的振荡器的方法的截面图。

图5遵循第二操作原理。

参照图5，以与图4类似的方式，第一自由层F1的磁矩可以通过施加电流I到振荡器而进动。由于电流I，经被钉扎层P1流到第一自由层F1的电子e-可以具有与被钉扎层P1的自旋方向相同的自旋方向，并可以施加沿第一方向(负X轴方向)的第一自旋力矩ST1到第一自由层F1。第一自由层F1的磁矩可以由于第一自旋力矩ST1而被扰动。沿与第一自旋力矩ST1相反的方向的杂散场SF1可以从第二自由层F2施加到第一自由层F1。由于杂散场SF1的存在，回复力可以施加到第一自由层F1的磁矩。因此，当由于第一自旋力矩ST1而引起的第一自由层F1的磁矩的扰动力和由于杂散场SF1而引起的第一自由层F1的磁矩的回复力平衡时，磁矩可以进动，从而，可以振荡给定频带内的信号。

根据示利实施例的振荡器可以利用参照图4描述的第一操作原理(即其中由于沿相反方向的第一自旋力矩ST1和第二自旋力矩ST2而引发进动的原理)和参照图5描述的第二操作原理(即其中由于沿相反方向的第一自旋力矩ST1和杂散场SF1而引发进动的原理)中的至少一种来操作。

在图4和图5中，第一自由层F1的磁矩单独进动。然而，如图6所示，第二自由层F2的磁矩也可以进动。更具体地，具有一方向的自旋力矩和具有与该自旋力矩的方向相反的方向的杂散场可以施加到第二自由层F2。从而，第二自由层F2的磁矩可以进动。施加到第二自由层F2的杂散场可以由第一自由层F1引发。随着第一自由层F1的磁矩的方向改变，从第一自由层F1施加到第二自由层F2的杂散场的方向可以周期性变化。此外，从第一自由层F1施加到第二自由层F2的自旋力矩的方向可以周期性变化。从而，第二自由层F2的磁矩也可以进动。第二自由层F2的磁矩的进动可以影响第一自由层F1的进动。第一自由层F1和第二自由层F2的磁矩可以在彼此影响的同时进动。

图4至图6所示的磁矩的进动方向仅是示例。磁矩的进动方向可以根据用于第一自由层F1和第二自由层F2的材料、其厚度等而变化。

根据示例实施例，彼此相邻的至少两个自由层F1和F2用于振荡器，该振荡器能够以给定频带内的高频信号振荡，而不需要外磁场。因此，根据示例实施例的振荡器可以具有紧凑的尺寸，并且它可以通过简单的操作程序来操作。

此外，因为根据示例实施例的振荡器包括设置于多个自由层F1和F2的一侧上的被钉扎层P1，所以自旋力矩可以稳定地从被钉扎层P1提供到多个自由层F1和F2。被钉扎层P1可以是用于施加具有沿给定方向的自旋的电子到自由层F1和F2的元件。因此，与振荡器不包括被钉扎层P1的情形相比，根据示例实施例的振荡器可以更容易地操作。根据示例实施例的振荡器可以具有宽的操作窗口。此外，被钉扎层P1可以增大输出功率。当振荡器包括被钉扎层P1时，振荡器的电阻根据进动的变化量与振荡器不包括被钉扎层P1的情形相比可以增大。被钉扎层P1与第一自由层F1之间的电阻的改变量可以比第一自由层F1和第二自由层F2之间的电阻的改变量相对更大。这意味着振荡器的输出功率由于被钉扎层P1而显著增大。因此，根据示例实施例的振荡器的被钉扎层P1可以稳定地引发用于振荡的自旋力矩，还增大了振荡器的输出功率。

此外，根据示例实施例的振荡器可以是频率可调振荡器，其振荡频率基于操作电流(也就是，图4至图6的电流I)的条件变化。根据示例实施例的振荡器可以通过向其施加电流来操作，而不需要外磁场。因此，与使用外磁场的情形相比，频率可以容易地调节。在一般的LC振荡器中，频率调节范围小于约10％。然而，根据示例实施例的振荡器的频率调节范围可以宽得多(例如，约数十至约数百％)，因为频率根据电流而容易地被调节且操作电流的窗口宽。此外，根据示例实施例的振荡器的振荡频率可以基于包括在振荡器中的层的其它特性(例如，厚度、材料等)来调节。

图7是示出根据示例实施例的操作振荡器的方法的流程图。

图7将结合图1来描述。

参照图7，第一自由层F1和第二自由层F2中的至少一个的磁矩可以通过施加电流到振荡器而进动(S10)。当第一自由层F1和第二自由层F2中的至少一个进动时，振荡器的电阻的改变可以被探测(S20)。由于振荡器的电阻改变，可以产生具有给定频率的信号(S30)。

图8是曲线图，示出当电流施加到根据示例实施例的振荡器时振荡器的电阻随时间的变化。

在图8中，振荡器具有图2的结构，所施加电流的强度为约30mA/cm²。

参照图8，振荡器的电阻以给定时间间隔重复变化。在这点上，电阻的改变量ΔR为约0.8kΩ至约0.9kΩ。

图9是通过傅立叶变换从图8变换的曲线图，示出根据示例实施例的振荡器的振荡频率。

参照图9，用根据示例实施例的振荡器可以产生约3.2GHz的高频信号。振荡器的振荡频率可以根据所施加电流的强度和振荡器的结构而变化。

在图1至图3中，振荡器包括两个自由层F1和F2。根据示例实施例，振荡器可以包括三个或更多自由层。其示例在图10中示出。图10的结构修改自图1。

图10是根据示例实施例的振荡器的截面图。

参照图10，第一至第三自由层F1、F2和F3可以依次设置于被钉扎层P1上。第一分隔层S1可以插置于被钉扎层P1和第一自由层F1之间，第二分隔层S2可以插置于第一自由层F1和第二自由层F2之间，第三分隔层S3可以插置于第二自由层F2和第三自由层F3之间。图10的结构可以是其中第三分隔层S3和第三自由层F3额外堆叠在图1的第二自由层F2上的结构。备选地，额外的分隔层和额外的自由层可以交替堆叠在图10的第三自由层F3上。额外的分隔层和自由层可以按照需要交替堆叠。在图2和图3的结构中，可以使用三个或更多额外的自由层。

在上述示范性实施例中，自由层F1、F2和F3以及被钉扎层P1和P2具有面内磁各向异性。然而，示例实施例不限于此。具体地，自由层F1、F2和F3以及被钉扎层P1和P2可以具有垂直磁各向异性。例如，如图11所示，被钉扎层P11以及第一自由层F11和第二自由层F22可以具有垂直磁各向异性。在图11中，附图标记S11和S22分别表示第一分隔层和第二分隔层。当使用具有垂直磁各向异性的材料时，进动的轨道和方向可以改变。

此外，当根据上述示例实施例的振荡器的原理相反地应用时，可以实现将高频信号转换成直流(DC)信号的射频(RF)探测器。换言之，图1至图3和图10的结构可以应用到RF探测器。通讯工业领域的技术人员公知的是，振荡器的原理可以相反地应用于RF探测器，因此，为了简短而省略对其的详细描述。

尽管已经参照本发明的示例实施例具体示出和描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，在其中可以进行形式和细节上的各种改变而不偏离由权利要求定义的本发明的精神和范围。在图1至图3和图10中示出的振荡器的结构可以以各种方式修改，操作图1至图3和图10所示的振荡器中的每个的方法也可以以各种方式变化。例如，其它材料层可以额外地设置于构成振荡器的层之间或者在振荡器的上表面和下表面中的至少一个上。因此，应理解，这里描述的示例实施例应当仅以描述性的含义来考虑，而不是为了限制的目的。对每个实施例内的特征或方面的描述通常应当被认为可用于其它实施例中的其它类似特征或方面。

Claims (20)

1.一种振荡器，包括：

第一被钉扎层，具有固定的磁化方向；

第一自由层，在所述第一被钉扎层之上；以及

第二自由层，在所述第一自由层之上，

其中所述振荡器配置为利用所述第一自由层和所述第二自由层中的至少一个的磁矩的进动来产生信号。

2.如权利要求1所述的振荡器，其中所述第一被钉扎层以及所述第一自由层和所述第二自由层具有面内磁各向异性。

3.如权利要求1所述的振荡器，其中所述第一被钉扎层以及所述第一自由层和所述第二自由层具有垂直磁各向异性。

4.如权利要求1所述的振荡器，还包括：

第一分隔层，在所述第一被钉扎层和所述第一自由层之间；以及

第二分隔层，在所述第一自由层和所述第二自由层之间，

其中所述第一分隔层和所述第二分隔层是绝缘层或导电层。

5.如权利要求4所述的振荡器，还包括：

至少一个额外的自由层；和

至少一个额外的分隔层，

其中所述至少一个额外的分隔层和所述至少一个额外的自由层交替设置于所述第二自由层上。

6.如权利要求1所述的振荡器，还包括合成反铁磁结构，

其中所述合成反铁磁结构包括所述第一被钉扎层。

7.如权利要求6所述的振荡器，其中所述合成反铁磁结构还包括：

第二被钉扎层，其中所述第一被钉扎层设置于所述第二被钉扎层与所述第一自由层之间；以及

间隔物，设置于所述第一被钉扎层和所述第二被钉扎层之间。

8.如权利要求1所述的振荡器，还包括设置于所述第一被钉扎层的表面上的反铁磁层。

9.如权利要求8所述的振荡器，其中所述第一被钉扎层设置于所述反铁磁层和所述第一自由层之间。

10.如权利要求1所述的振荡器，其中所述振荡器是无磁场振荡器。

11.如权利要求1所述的振荡器，其中所述第一被钉扎层配置为施加第一自旋力矩到所述第一自由层，

所述第二自由层配置为施加第二自旋力矩或第一杂散场到所述第一自由层，并且

所述第二自旋力矩和所述第一杂散场具有与所述第一自旋力矩的方向相反的方向。

12.一种操作振荡器的方法，包括：

施加电流到所述振荡器，使得第一自由层和第二自由层中的至少一个的磁矩进动；以及

当所述第一自由层和所述第二自由层中的该至少一个的磁矩进动时，探测所述振荡器的电阻变化。

13.如权利要求12所述的方法，还包括：

施加电流到所述振荡器使得电子从第一被钉扎层流到所述第一自由层和所述第二自由层。

14.如权利要求13所述的方法，其中所述第一被钉扎层以及所述第一自由层和所述第二自由层具有面内磁各向异性。

15.如权利要求13所述的方法，其中所述第一被钉扎层以及所述第一自由层和所述第二自由层具有垂直磁各向异性。

16.如权利要求13所述的方法，其中第一分隔层设置于所述第一被钉扎层和所述第一自由层之间，

第二分隔层设置于所述第一自由层和所述第二自由层之间，且

所述第一分隔层和所述第二分隔层是绝缘层或导电层。

17.如权利要求16所述的方法，其中至少一个额外的分隔层和至少一个额外的自由层交替设置于所述第二自由层上。

18.如权利要求13所述的方法，其中还提供合成反铁磁结构，该合成反铁磁结构包括所述第一被钉扎层。

19.如权利要求13所述的方法，其中反铁磁层设置于所述第一被钉扎层的下表面上。

20.如权利要求12所述的方法，还包括：

施加第一自旋力矩到所述第一自由层；以及

提供第二自旋力矩或第一杂散场到所述第一自由层，

其中所述第二自旋力矩和所述第一杂散场具有与所述第一自旋力矩的方向相反的方向。

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