CN115453215A - 一种平面型自旋泵浦微波探测器、制备方法及系统 - Google Patents

一种平面型自旋泵浦微波探测器、制备方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种平面型自旋泵浦微波探测器、制备方法及系统。该微波探测器包括：平面探测本体及设于平面探测本体外的磁场结构；所述平面探测本体包括：衬底层；铁磁层，设于所述衬底层之上；平面自旋霍尔金属层，设于所述铁磁层之上；所述磁场结构适于为所述平面探测本体提供面外磁场。本发明可简化微波探测器的结构，提高微波探测器的集成化。

Description

一种平面型自旋泵浦微波探测器、制备方法及系统
技术领域
本发明涉及微波电子设备技术领域，特别涉及一种平面型自旋泵浦微波探测器、制备平面型自旋泵浦微波探测器的方法及平面型自旋泵浦微波探测系统。
背景技术
微波电子设备在通讯、军事、医疗等领域都有着重要的应用。在许多应用场景下都需要进行微波探测，例如产品技术的研发、环境评估、组织检测等。
常用的微波探测是用天线感应输出高频电信号，用微波功率探测器得到微波功率。这种方法只适用于探测特定频率的微波，并且需要配套昂贵的设备。
近年来，一些新型微波探测器问世：一类探测器基于磁隧道结（MTJ）受微波驱动时隧穿磁电阻的变化实现微波探测；另一类则基于金属-铁磁双层膜的自旋泵浦-逆自旋霍尔效应（SP-ISHE），对微波进行探测。这两种方法能够在小尺度内探测局域微波功率，灵敏度高，并且通过改变外磁场对特定频率的微波进行选择性探测。
自旋泵浦微波探测器在技术上较为新颖，相比于MTJ微波探测器，具有结构简单、稳定性强、频率范围大的优点。如图1所示的一种基于自旋泵浦效应的微波功率探测器，包括：微纳尺度器件，所述微纳尺度器件包括由磁性薄膜层1和非磁性重金属薄膜层2组成的异质结构，所述非磁性重金属薄膜层2是在所述磁性薄膜层1上生长所得；所述微纳尺度器件的磁性薄膜层磁矩在微波激励下发生铁磁共振拉莫尔进动，自旋泵浦产生自旋流注入到所述非磁性重金属薄膜层2中，在所述逆自旋霍尔电压的测试过程中，逆自旋霍尔电压的磁场积分数值与微波功率的数值满足一定线性关系。在图1中，H表达的是偏置外磁场，M为微波能量，V是反自旋霍尔电压(VISHE)，N处表达的是泵浦自旋流。在图1所示的微波功率探测器中，以单晶钇铁石榴石(YIG)和铂(Pt)为例，使用在不同微波脉冲功率下，计算YIG(490nm)/Pt(10nm)异质结器件的逆自旋霍尔电压VISHE曲线的面积S，其中，微波频率固定在7GHz，例如在3mW的微波功率下，产生的逆自旋霍尔电压VISHE约为2 .93微伏，积分面积S为18 .55；随着功率的线性增加到199 .5mW，测得的逆自旋霍尔电压为52 .27微伏，积分面积增加到588 .92，线性率高达99 .5％。因此，现有技术的该种微波功率探测器可基于逆自旋霍尔电压的测试对微波进行探测。
然而受限于逆自旋霍尔效应的几何构型，图1的微波功率探测器本身虽然是平面结构，但需要外加一个面内的静磁场。目前常用的集成化方法是在探测器的正上方或正下方电绝缘地覆盖一条金属条带，通过电流的奥斯特场产生面内的磁场。但这一方法的缺陷在于：金属条带会引入额外的微波屏蔽和吸收；通电金属条带产生的面内奥斯特场效率低，磁场范围小；金属条带占用面积大，限制了微波探测器的使用。因此，现有技术的微波探测器受到额外配备磁场装置的限制，无法实现器件小型化。
发明内容
本发明技术方案解决的技术问题为：如何简化微波探测器的结构，如何实现微波探测器的小型化，以提高微波探测器的集成化。
为了解决上述技术问题，本发明技术方案提供了一种平面型自旋泵浦微波探测器，包括：平面探测本体及设于平面探测本体外的磁场结构；所述平面探测本体包括：
衬底层；
铁磁层，设于所述衬底层之上；
平面自旋霍尔金属层，设于所述铁磁层之上；
所述磁场结构适于为所述平面探测本体提供面外磁场。
可选的，所述磁场结构为设于所述衬底层之下的电磁铁。
可选的，所述衬底层为减薄衬底，所述电磁铁设于减薄衬底背面。
可选的，所述磁场结构包括：
覆盖层，设于所述平面自旋霍尔金属层之上；
单圈或多圈电流环，设于所述覆盖层之上。
可选的，使用光刻Lift-Off工艺在所述覆盖层之上磁控溅射生长Au线圈结构以形成所述电流环。
可选的，所述覆盖层采用二氧化硅纳米薄膜。
可选的，沿着垂直于所述平面自旋霍尔金属层生长的方向刻出条带直至所述衬底层，使用金属掩模版在所述条带的中心区域磁控溅射生长得到所述二氧化硅纳米薄膜，以形成所述覆盖层。
可选的，所述平面自旋霍尔金属层采用CoPt/CuPt双层膜、斜柱状晶金属膜、MoTe2薄膜或者IrMn薄膜。
可选的，所述斜柱状晶金属膜采用Ta、Cr、Pt或W制备。
可选的，在所述铁磁层表面采用磁控生长Cr层，接着磁控生长Al层，以形成所述平面自旋霍尔金属层。
可选的，所述铁磁层采用铁磁绝缘体材料制备，所述衬底层采用与所述铁磁层匹配的氧化物衬底制备。
可选的，在所述衬底层上采用PLD技术生长Bi：YIG层以形成所述铁磁层。
为了解决上述技术问题，本发明技术方案还提供了一种平面型自旋泵浦微波探测系统，包括：
至少一个如上所述的平面型自旋泵浦微波探测器；
磁场电流源模块，适于为所述磁场结构提供电流信号以产生所述面外磁场；
电压测量模块，适于测量所述平面探测本体在面外磁场激励下产生的逆自旋霍尔电压；
通讯模块，适于控制所述磁场电流源与电压测量模块同步。
为了解决上述技术问题，本发明技术方案还提供了一种制备平面型自旋泵浦微波探测器的方法，其特征在于，包括：
制备平面探测本体；以及，
为所述平面探测本体配置磁场结构，所述磁场结构适于为所述平面探测本体提供面外磁场；
所述制备平面探测本体包括：
在衬底层上生长磁铁层；
在所述磁铁层上采用磁控溅射生长平面自旋霍尔金属层。
可选的，所述为所述平面探测本体配置磁场结构包括：
在所述衬底层背面设置电磁铁以配置所述磁场结构；
所述衬底层为减薄衬底。
可选的，所述制备平面探测本体还包括：
沿着垂直于所述平面自旋霍尔金属层生长的方向刻出条带，刻至所述衬底层；
使用金属掩模版在所述条带的中心区域磁控溅射生长二氧化硅覆盖层；
所述为所述平面探测本体配置磁场结构包括：
使用光刻Lift-Off工艺在所述覆盖层之上磁控溅射生长Au线圈结构以形成所述磁场结构。
可选的，所述在衬底层上生长磁铁层包括：
在GSGG衬底上采用PLD技术生长30nm的Bi:YIG溅射薄膜，再在氧压12 Pa、激光光强1.63 J/cm2、730 ℃条件下原位退火15min，以形成所述磁铁层。
可选的，所述在所述磁铁层上采用磁控溅射生长平面自旋霍尔金属层包括：
靶与衬底表面成45°角，直流功率50W，在所述磁铁层表面采用磁控溅射室温生长5nm的Cr层，接着直流功率30W，磁控生长2 nm的Al层，以形成所述平面自旋霍尔金属层。
可选的，所述沿着垂直于所述平面自旋霍尔金属层生长的方向刻出条带包括：
沿着垂直于Cr层斜生长的方向刻出200 um长、10um宽的条带。
可选的，所述中心区域面积为：100um×100 um，所述二氧化硅覆盖层厚度为10nm。
可选的，所述Au线圈结构采用100nm厚度的Au作为材料，环形内直径为20um，线宽为30um。
本发明技术方案基于逆平面自旋霍尔效应提出了平面型自旋泵浦微波探测器，使微波探测器本体所需的磁场方向由原来的面内变成面外；本发明技术方案提供的磁场结构能够为微波探测器提供足够大的面外局域磁场，并且与探测器本身的平面结构相符，使得探测系统能做到几微米的厚度和几十微米的尺寸，只需要电路连接即可在小空间内进行微波探测，因此能够简化微波探测器的结构，实现微波探测器的小型化，并提高微波探测器的集成化。
在本发明技术方案的可选方案中，可以选择平面线圈设于微波探测器的表面以作为上述磁场结构的具体化。平面线圈能够进一步实现为微波探测器提供足够大的面外局域磁场的效果，相较于现有技术中的基于自旋泵浦效应的微波功率探测器，平面线圈能施加远大于金属条带的磁场大小，可以实现大频率范围的微波扫描。面外磁场不易对同一平面上的其他区域产生影响，使得不同的微波探测器能够独立工作于同一器件上，实现阵列扫描或者全频谱微波扫描。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其他特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为现有技术提供的一种基于自旋泵浦效应的微波功率探测器结构示意图；
图2a为本发明技术方案提供的一种平面型自旋泵浦微波探测器a结构示意图；
图2b为本发明技术方案提供的一种平面型自旋泵浦微波探测器b结构示意图；
图3为本发明技术方案提供的平面型自旋泵浦微波探测器a中磁场结构的结构示意图；
图4为本发明技术方案提供的平面型自旋泵浦微波探测器b中磁场结构的结构示意图；
图5为本发明技术方案提供的一种平面型自旋泵浦微波探测系统c的结构示意图；
图6为本发明技术方案提供的一种平面型自旋泵浦微波探测系统d的结构示意图；
图7为本发明技术方案提供的一种平面型自旋泵浦微波探测系统e的结构示意图；
图8为本发明技术方案提供的一种平面型自旋泵浦微波探测系统f的结构示意图；
图9为本发明技术方案提供的一种平面型自旋泵浦微波探测系统g的结构示意图；
图10为本发明技术方案提供的一种平面型自旋泵浦微波探测系统h的结构示意图；
图11为本发明技术方案提供的一种制备平面型自旋泵浦微波探测器的方法步骤示意图。
具体实施方式
为了更好的使本发明的技术方案清晰的表示出来，下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明技术方案基于平面自旋霍尔效应的发现提供了一种新的自旋流转与电流的转化的几何结构，为自旋泵浦微波探测器提供了新的改进思路。
自旋整流效应(spin rectification effect，SRE)是指在铁磁材料中，伴随着铁磁共振中磁矩的周期性进动，磁电阻呈周期性变化，这一交变的电阻与微波感应电流耦合会产生一个直流光电压(VSRE)。自旋泵浦效应(Spin Pumping)是指在FM(Ferromagnetic)/NM(Nonmagnetic)结构的复合层状薄膜结构中，铁磁材料在铁磁共振时产生磁矩进动，从而往非磁性金属内注入自旋流。
由于逆自旋霍尔效应(ISHE，Inverse Spin Hall Effect)，即基于非磁性金属内自旋轨道耦合作用，自旋相反的电子向垂直于自旋流的方向偏转，从而在非磁性金属内，自旋电子的定向移动将自旋流转化为了电荷流。而这个逆自旋霍尔电压(VISHE)依赖于微波磁场，所以可以从其值中提取出微波磁场。
基于上述发明思路，本实施例提供了一种如图2a所示的平面型自旋泵浦微波探测器a，包括：平面探测本体10及设于平面探测本体外的磁场结构11。平面探测本体10进一步包括：衬底层12、铁磁层13、平面自旋霍尔金属层14。其中，铁磁层13设于衬底层12之上，平面自旋霍尔金属层15设于铁磁层13之上。磁场结构11则为平面探测本体10提供面外磁场。在图2a中，磁场结构11设于平面自旋霍尔金属层14之上，磁场结构11在探测器本体10上施加一个足够大的面外局域磁场，并且与探测器本体10的平面结构相符，使得探测系统能做到几微米的厚度和几十微米的尺寸，只需要电路连接即可在小空间内进行微波探测。
更为具体的，参考图3，磁场结构11进一步包括：覆盖层110及电流环111，覆盖层110设于平面自旋霍尔金属层14之上，电流环111设于覆盖层110之上。在具体实施时，可使用光刻Lift-Off工艺在覆盖层110之上磁控溅射生长Au线圈结构以形成电流环111。覆盖层110可采用二氧化硅纳米薄膜制备。
在其他实施例中，也可以通过如下方式更为具体地制备覆盖层110：以图3所示为例，可沿着垂直于平面自旋霍尔金属层14生长的方向刻出条带直至所述衬底层12，使用外部的金属掩模版在所述条带的中心区域磁控溅射生长得到二氧化硅纳米薄膜，以将该二氧化硅纳米薄膜作为本实施例的覆盖层110。
图2a及图3中所示的平面自旋霍尔金属层14可采用CoPt/CuPt双层膜、斜柱状晶金属膜、MoTe2薄膜或者IrMn薄膜实现。当平面自旋霍尔金属层14采用斜柱状晶金属膜实现时，斜柱状晶金属膜可采用Ta、Cr、Pt或W制备。
在制备图2a及图3中所示的平面自旋霍尔金属层14时，可进一步通过如下方式更为具体地制备平面自旋霍尔金属层14：在铁磁层13的表面采用磁控生长Cr层，接着磁控生长Al层，这些Cr层及Al层生长形成的双层膜可作为本实施例的平面自旋霍尔金属层14。
继续参考图2a及图3，铁磁层13可采用铁磁绝缘体材料制备，衬底层12可采用与铁磁层13匹配的氧化物衬底制备。更为具体的，可在衬底层12上采用PLD技术生长Bi：YIG层以形成铁磁层13。
继续参考图2a及图3可知，从图示位置来看，平面型自旋泵浦微波探测器a自上到下分别：线圈层（本实施例以电流环111实现）、覆盖层110、平面自旋霍尔金属层14、铁磁层13以及衬底层12。其中，线圈层可以采用图3所示的单圈电流环；也可以使用多圈平面电流环，通过搭桥连接电路实现。继续参考图3，线圈层可采用100nm厚的Au作为材料。电流环111的环形内直径20um，线宽30um。更为具体的：覆盖层110在其他实施例中可采用二氧化硅纳米薄膜，绝缘的同时不影响电磁场穿过；平面自旋霍尔金属层14采用能产生平面自旋霍尔的材料，包括：CoPt/CuPt双层膜、斜柱状晶金属（Ta、Cr、Pt、W）、MoTe2、IrMn等；铁磁层13采用铁磁绝缘体，如BiYIG等，通过控制生长条件实现面外易轴。衬底层12采用与铁磁层匹配的氧化物衬底。需要说明的是，本实施例中的覆盖层110是在采用线圈层时必须的，覆盖层只需要电绝缘，制作工艺为磁控溅射生长，采用射频电源，靶材为二氧化硅，生长厚度在10nm左右。
在本实施例的一种变化例中，也可以在平面型自旋泵浦微波探测器a的平面探测本体10的下方，即在衬底层12之下施加小型电磁铁，从而实现平面型自旋泵浦微波探测器b。如图2b所示的一种平面型自旋泵浦微波探测器b，具体包括：平面探测本体10及设于平面探测本体外的磁场结构11’。平面探测本体10的具体结构可参考本实施例上述技术内容，此处不再赘述。不同于图2a的平面型自旋泵浦微波探测器a，平面型自旋泵浦微波探测器b的磁场结构11’ 设于平面探测本体10的衬底层12之下。
结合图4，磁场结构11’具体可为设于衬底层12之下的电磁铁112，磁场结构11’同样可为平面探测本体10提供面外磁场，并在探测器本体10上施加一个足够大的面外局域磁场，与探测器本体10的平面结构相符，实现微波系统的微波探测。更为具体的，参考图4，电磁铁112设于衬底层12之下。为了更好地适配电磁铁112，衬底层12可在其他实施例中采用减薄衬底实现，电磁铁设于减薄衬底背面，具体可采用0.5mm厚的减薄衬底，可切割为2mm长、2mm宽的尺寸制备。不同于平面型自旋泵浦微波探测器a，平面型自旋泵浦微波探测器b采用电磁铁代替平面线圈，与平面线圈的不同点在于，微波探测器b的面外磁场由衬底背面的电磁铁提供。
以上实施例中的“上”、“下”、“背面”等相对位置的限定词只是相对具体结构对象的图例、摆放位置等的相对描述，并不限定绝对的位置关系。
基于平面型自旋泵浦微波探测器a，如图5所示的一种平面型自旋泵浦微波探测系统c，包括：
平面型自旋泵浦微波探测器a；
磁场电流源20，适于为所述磁场结构11的电流环111提供电流信号以产生所述面外磁场；
电压测量模块21，适于测量所述平面探测本体11在面外磁场激励下产生的逆自旋霍尔电压；
通讯模块22，适于控制所述磁场电流源与电压测量模块同步，实现直流或锁相测量。
由于本发明技术方案提供的平面型自旋泵浦微波探测器a基于面外磁场不易对同一平面上的其他区域产生影响，可使不同的微波探测器能够独工作于同一器件上，从而实现如图6所示的阵列扫描。如图6所示的一种平面型自旋泵浦微波探测系统d，包括：
平面型自旋泵浦微波探测器a1至an，n为大于或等于2的自然数，平面型自旋泵浦微波探测器a1至an构成平面型自旋泵浦微波探测器扫描阵列；
磁场电流源30，适于为微波探测器扫描阵列中的各电流环提供电流信号I0，以产生阵列平面型自旋泵浦微波探测器a1至an的面外磁场；
电压测量模块31，适于测量微波探测器扫描阵列中各平面探测本体在面外磁场激励下产生的逆自旋霍尔电压V1至Vn，其中，V1 为微波探测器a1平面探测本体在面外磁场激励下产生的逆自旋霍尔电压，V2 为微波探测器a2平面探测本体在面外磁场激励下产生的逆自旋霍尔电压，以此类推，Vn 为微波探测器an平面探测本体在面外磁场激励下产生的逆自旋霍尔电压。
通讯模块32，适于控制磁场电流源30与电压测量模块31同步，实现直流或锁相测量。
作为上述探测系统的变化例，也可以基于图7所示实现全频谱微波扫描。如图7所示的一种平面型自旋泵浦微波探测系统e，包括：
平面型自旋泵浦微波探测器a1至an，n为大于或等于2的自然数，平面型自旋泵浦微波探测器a1至an构成平面型自旋泵浦微波探测器扫描阵列；
磁场电流源模块40，适于为微波探测器扫描阵列中的电流环提供电流信号I1至In以产生阵列平面型自旋泵浦微波探测器a1至an的不同强度的面外磁场，其中，I1 为微波探测器a1电流环通过磁场电流源模块40接收的电流信号，I2 为微波探测器a2电流环通过磁场电流源模块40接收的电流信号，依次类推，In为微波探测器an电流环通过磁场电流源模块40接收的电流信号。电流信号I1至In可根据需要设置以实现全频谱微波扫描。
电压测量模块41，适于测量微波探测器扫描阵列中各平面探测本体在面外磁场激励下产生的逆自旋霍尔电压V1’至Vn’，其中，V1’ 为微波探测器a1平面探测本体在其对应的面外磁场激励下产生的逆自旋霍尔电压，V2’为微波探测器a2平面探测本体在其对应的面外磁场激励下产生的逆自旋霍尔电压，以此类推，Vn’ 为微波探测器an平面探测本体在其对应的面外磁场激励下产生的逆自旋霍尔电压。
通讯模块42，适于控制磁场电流源模块40与电压测量模块41同步配合，实现直流或锁相测量。
上述基于平面型自旋泵浦微波探测器a的平面型自旋泵浦微波探测系统c至e，也可以以类似的系统结构，采用平面型自旋泵浦微波探测器b实现。如图8至图10所示，分别提供了平面型自旋泵浦微波探测系统f至h。
图8的平面型自旋泵浦微波探测系统f，包括：
平面型自旋泵浦微波探测器b；
磁场电流源50，适于为微波探测器b的电磁铁112提供电流信号以产生面外磁场；
电压测量模块51，适于测量微波探测器b的平面探测本体在面外磁场激励下产生的逆自旋霍尔电压；
通讯模块52，适于控制所述磁场电流源与电压测量模块同步，实现直流或锁相测量。
磁场电流源50具体可如图8所示，通过外接在电磁铁112上的线圈对电磁铁112提供电流信号。以下实施例也可通过该种方式为电磁铁提供相应的电流信号。
图9的平面型自旋泵浦微波探测系统g包括：
平面型自旋泵浦微波探测器b1至bn，平面型自旋泵浦微波探测器b1至bn构成平面型自旋泵浦微波探测器扫描阵列；
磁场电流源60，适于为微波探测器扫描阵列b1至bn中的各个电磁铁提供电流信号i0，以分别产生阵列平面型自旋泵浦微波探测器b1至bn的面外磁场；
电压测量模块61，适于测量微波探测器扫描阵列中各平面探测本体在面外磁场激励下产生的逆自旋霍尔电压v1至vn，其中，v1 为微波探测器b1平面探测本体在面外磁场激励下产生的逆自旋霍尔电压，v2 为微波探测器b2平面探测本体在面外磁场激励下产生的逆自旋霍尔电压，以此类推，vn 为微波探测器bn平面探测本体在面外磁场激励下产生的逆自旋霍尔电压。
通讯模块62，适于控制磁场电流源60与电压测量模块61同步，实现直流或锁相测量。
图10的平面型自旋泵浦微波探测系统h，包括：
平面型自旋泵浦微波探测器b1至bn，平面型自旋泵浦微波探测器b1至bn构成平面型自旋泵浦微波探测器扫描阵列；
磁场电流源模块70，适于为微波探测器扫描阵列中的电流环提供电流信号i1至in以产生阵列平面型自旋泵浦微波探测器b1至bn的不同强度的面外磁场，其中，i1 为微波探测器b1电流环通过磁场电流源模块40接收的电流信号，i2 为微波探测器b2电流环通过磁场电流源模块40接收的电流信号，依次类推，in为微波探测器bn电流环通过磁场电流源模块40接收的电流信号。电流信号i1至in可根据需要设置以实现全频谱微波扫描。
电压测量模块71，适于测量微波探测器扫描阵列中各平面探测本体在面外磁场激励下产生的逆自旋霍尔电压v1’至vn’，其中，v1’为微波探测器b1平面探测本体在其对应的面外磁场激励下产生的逆自旋霍尔电压，v2’为微波探测器b2平面探测本体在其对应的面外磁场激励下产生的逆自旋霍尔电压，以此类推，vn’为微波探测器bn平面探测本体在其对应的面外磁场激励下产生的逆自旋霍尔电压。
通讯模块72，适于控制磁场电流源模块70与电压测量模块71同步配合，实现直流或锁相测量。
不同于现有技术的微波探测器不使用磁场电流源，也没有提供测量电路具体的连接方式。本发明技术方案通过微波探测系统的扩展可以提供阵列扫描与全频谱微波探测。在本方案中，磁场电流源20、30可采用keithley6221电流源提供电流信号，磁场电源源50、60可采用信号发生器与电源放大器提供电流信号。磁场电流源模块40、70可通过对应电流源的集成模块实现。电流源及电流源模块可提供方波电流信号。电压测量模块可采用锁相放大器SR830对对应的探测器进行电压测量。磁场电流源与电压测量模块可通过同轴电缆连接，通过GPIB接口连接至电脑实现通讯与测量。
基于上述实施例，图11示意了一种制备平面型自旋泵浦微波探测器的方法，包括如下步骤：
步骤S100，制备平面探测本体；以及，
步骤S101，为所述平面探测本体配置磁场结构，所述磁场结构适于为所述平面探测本体提供面外磁场。
步骤S100的制备平面探测本体的过程可参考如下过程：
在衬底层上生长磁铁层：
在GSGG衬底上采用PLD（脉冲激光沉积技术）生长30nm的Bi:YIG（重掺杂Bi:YIG 溅射薄膜）磁铁层，工艺条件为：氧压12 Pa，激光光强1.63 J/cm2，730 ℃原位退火15min。
在所述磁铁层上采用磁控溅射生长平面自旋霍尔金属层：
在Bi:YIG磁铁层表面采用磁控溅射室温生长5 nm的Cr层，靶与衬底表面成45°角，直流功率50W；接着磁控生长2 nm的Al层，直流功率30W；最终形成Cr层及Al层组成的平面自旋霍尔金属层。
步骤S101为所述平面探测本体配置磁场结构主要包括如下过程：
沿着垂直于Cr层斜生长的方向刻出200 um长、10um宽的条带，刻至衬底层；使用金属掩模版在条带中心的100um×100 um区域，磁控溅射生长10nm的二氧化硅层，二氧化硅层为覆盖层；采用光刻剥离工艺（Lift-Off）在二氧化硅层之上磁控溅射生长100nm的Au线圈结构，以形成线圈层。覆盖层及线圈层组成了平面探测本体的磁场结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (21)

1.一种平面型自旋泵浦微波探测器，其特征在于：包括平面探测本体及设于平面探测本体外的磁场结构；所述平面探测本体包括
衬底层；
铁磁层，设于所述衬底层之上；
平面自旋霍尔金属层，设于所述铁磁层之上；
所述磁场结构适于为所述平面探测本体提供面外磁场。
2.如权利要求1所述的平面型自旋泵浦微波探测器，其特征在于：所述磁场结构为设于所述衬底层之下的电磁铁。
3.如权利要求2所述的平面型自旋泵浦微波探测器，其特征在于：所述衬底层为减薄衬底，所述电磁铁设于减薄衬底背面。
4.如权利要求1所述的平面型自旋泵浦微波探测器，其特征在于：所述磁场结构包括覆盖层，设于所述平面自旋霍尔金属层之上；
单圈或多圈电流环，设于所述覆盖层之上。
5.如权利要求4所述的平面型自旋泵浦微波探测器，其特征在于：使用光刻Lift-Off工艺在所述覆盖层之上磁控溅射生长Au线圈结构以形成所述电流环。
6.如权利要求4所述的平面型自旋泵浦微波探测器，其特征在于：所述覆盖层采用二氧化硅纳米薄膜。
7.如权利要求4或6所述的平面型自旋泵浦微波探测器，其特征在于：沿着垂直于所述平面自旋霍尔金属层生长的方向刻出条带直至所述衬底层，使用金属掩模版在所述条带的中心区域磁控溅射生长得到二氧化硅纳米薄膜，以形成所述覆盖层。
8.如权利要求1所述的平面型自旋泵浦微波探测器，其特征在于：所述平面自旋霍尔金属层采用CoPt/CuPt双层膜、斜柱状晶金属膜、MoTe2薄膜或者IrMn薄膜。
9.如权利要求8所述的平面型自旋泵浦微波探测器，其特征在于：所述斜柱状晶金属膜采用Ta、Cr、Pt或W制备。
10.如权利要求8所述的平面型自旋泵浦微波探测器，其特征在于：在所述铁磁层表面采用磁控生长Cr层，接着磁控生长Al层，以形成所述平面自旋霍尔金属层。
11.如权利要求1所述的平面型自旋泵浦微波探测器，其特征在于：所述铁磁层采用铁磁绝缘体材料制备，所述衬底层采用与所述铁磁层匹配的氧化物衬底制备。
12.如权利要求11所述的平面型自旋泵浦微波探测器，其特征在于：在所述衬底层上采用PLD技术生长Bi：YIG层以形成所述铁磁层。
13.一种平面型自旋泵浦微波探测系统，其特征在于：包括至少一个如权利要求1至12任一项所述的平面型自旋泵浦微波探测器；
磁场电流源模块，适于为所述磁场结构提供电流信号以产生所述面外磁场；
电压测量模块，适于测量所述平面探测本体在面外磁场激励下产生的逆自旋霍尔电压；
通讯模块，适于控制所述磁场电流源与电压测量模块同步。
14.一种制备平面型自旋泵浦微波探测器的方法，其特征在于：包括
制备平面探测本体；以及为所述平面探测本体配置磁场结构，所述磁场结构适于为所述平面探测本体提供面外磁场；
所述制备平面探测本体包括在衬底层上生长磁铁层；
在所述磁铁层上采用磁控溅射生长平面自旋霍尔金属层。
15.如权利要求14所述的制备平面型自旋泵浦微波探测器的方法，其特征在于：所述为所述平面探测本体配置磁场结构包括在所述衬底层背面设置电磁铁以配置所述磁场结构；
所述衬底层为减薄衬底。
16.如权利要求14所述的制备平面型自旋泵浦微波探测器的方法，其特征在于：所述制备平面探测本体还包括沿着垂直于所述平面自旋霍尔金属层生长的方向刻出条带，刻至所述衬底层；
使用金属掩模版在所述条带的中心区域磁控溅射生长二氧化硅覆盖层；
所述为所述平面探测本体配置磁场结构包括使用光刻Lift-Off工艺在所述覆盖层之上磁控溅射生长Au线圈结构以形成所述磁场结构。
17.如权利要求14至16任一项所述的制备平面型自旋泵浦微波探测器的方法，其特征在于：所述在衬底层上生长磁铁层包括在GSGG衬底上采用PLD技术生长30nm的Bi:YIG溅射薄膜，再在氧压12 Pa、激光光强1.63 J/cm2、730 ℃条件下原位退火15min，以形成所述磁铁层。
18.如权利要求14至16任一项所述的制备平面型自旋泵浦微波探测器的方法，其特征在于：所述在所述磁铁层上采用磁控溅射生长平面自旋霍尔金属层包括靶与衬底表面成45°角，直流功率50W，在所述磁铁层表面采用磁控溅射室温生长5 nm的Cr层，接着直流功率30W，磁控生长2 nm的Al层，以形成所述平面自旋霍尔金属层。
19.如权利要求16所述的制备平面型自旋泵浦微波探测器的方法，其特征在于：所述沿着垂直于所述平面自旋霍尔金属层生长的方向刻出条带包括沿着垂直于Cr层斜生长的方向刻出200 um长、10um宽的条带。
20.如权利要求16所述的制备平面型自旋泵浦微波探测器的方法，其特征在于：所述中心区域面积为100um×100 um，所述二氧化硅覆盖层厚度为10nm。
21.如权利要求16所述的制备平面型自旋泵浦微波探测器的方法，其特征在于：所述Au线圈结构采用100nm厚度的Au作为材料，环形内直径为20um，线宽为30um。
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