一种石墨烯太赫兹波探测器制造技术

本发明专利技术涉及太赫兹波探测领域，具体提供了一种石墨烯太赫兹波探测器，反铁磁层的材料为硬磁反铁磁材料，钉扎层置于反铁磁层上，钉扎层的材料为自旋性极化率高的金属或半金属，石墨烯层置于钉扎层上，自由层置于石墨烯层上，自由层的材料为磁各向异性弱的软磁材料。应用时，应用固定磁场作用于本发明专利技术，以产生巨磁阻效应；同时，应用待测太赫兹波照射石墨烯层。通过测量太赫兹波照射时和无太赫兹波照射时，钉扎层和自由层之间电阻的差异，确定待测太赫兹波的强度或波长。本发明专利技术具有太赫兹波探测灵敏度高的优点。度高的优点。度高的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯太赫兹波探测器


[0001]本专利技术涉及太赫兹波应用领域，具体涉及一种石墨烯太赫兹波探测器。

技术介绍

[0002]太赫兹波的频段位于红外和微波之间，频率在0.1
‑
10THz范围内，波长范围在3毫米
‑
20微米，位于毫米波与红外波之间。相比于其他频段的电磁波，太赫兹波具有很多独特的特性，太赫兹技术在军事及民用方面具有巨大的应用前景。太赫兹波与分子或材料的低频振动或转动能量范围匹配，太赫兹波的传播、反射、散射、透射、吸收等方面的特性与毫米波、红外线不同，在物质表征和操控方面具有巨大的应用空间。
[0003]太赫兹波探测是太赫兹技术的重要方面。现有商用的太赫兹波探测器主要包括辐射热机、肖特基二极管、热释电探测器等。辐射热机需要在低温下展开工作、肖特基二极管也需要在低温下工作、热释电探测器的响应速度慢。1993年，国外科学家提出基于场效应管的太赫兹波探测器，并且将石墨烯作为关键材料。但是，该类太赫兹波探测器是基于石墨烯等关键材料的导电特性变化的，灵敏度低、噪声大。

技术实现思路

[0004]为解决以上问题，本专利技术提供了一种石墨烯太赫兹波探测器，包括反铁磁层、钉扎层、石墨烯层、自由层，反铁磁层的材料为硬磁反铁磁材料，钉扎层置于反铁磁层上，钉扎层的材料为自旋性极化率高的金属或半金属，石墨烯层置于钉扎层上，自由层置于石墨烯层上，自由层的材料为磁各向异性弱的软磁材料。
[0005]更进一步地，还包括石墨烯片，石墨烯片置于自由层内。
[0006]更进一步地，石墨烯片平行于石墨烯层。
[0007]更进一步地，石墨烯片的形状为方形或矩形。
[0008]更进一步地，石墨烯片在石墨烯片所在的平面内周期设置。
[0009]更进一步地，还包括第二石墨烯层，第二石墨烯层覆盖自由层。
[0010]更进一步地，石墨烯层中石墨烯的层数少于10层。
[0011]更进一步地，自由层的材料为NiFe合金、CoFe合金、CoFeB合金。
[0012]更进一步地，钉扎层的材料为Co、Fe、CoFe、CoFeB、CoFeAl合金。
[0013]更进一步地，反铁磁层的材料为IrMn、PtMn、FeMn。
[0014]本专利技术的有益效果：本专利技术提供了一种石墨烯太赫兹波探测器，包括反铁磁层、钉扎层、石墨烯层、自由层，反铁磁层的材料为硬磁反铁磁材料，钉扎层置于反铁磁层上，钉扎层的材料为自旋性极化率高的金属或半金属，石墨烯层置于钉扎层上，自由层置于石墨烯层上，自由层的材料为磁各向异性弱的软磁材料。应用时，应用固定磁场作用于本专利技术，以产生巨磁阻效应；同时，应用待测太赫兹波照射石墨烯层。通过测量太赫兹波照射时和无太赫兹波照射时，钉扎层和自由层之间电阻的差异，确定待测太赫兹波的强度或波长。在本专利技术中，石墨烯层吸收太赫兹波后，石墨烯层产生热，从而改变了石墨烯层的导电特性或量子
隧穿特性，从而改变了钉扎层和自由层之间的电阻。因为钉扎层和自由层之间的电阻显著地依赖于石墨烯层的导电特性或量子隧穿特性，所以本专利技术具有太赫兹波探测灵敏度高的优点。在本专利技术中，石墨烯层不是作为场效应管的关键材料，不是改变沿着石墨烯层的导电特性，而是改变了垂直于石墨烯层的量子隧穿特性，因此，本专利技术的灵敏度高、噪声小。本专利技术是基于磁隧道结的，应用石墨烯层替代势垒层，不用再制备传统势垒层，不增加设备制备的复杂程度。
[0015]以下将结合附图对本专利技术做进一步详细说明。
附图说明
[0016]图1是一种石墨烯太赫兹波探测器的示意图。
[0017]图2是又一种石墨烯太赫兹波探测器的示意图。
[0018]图中：1、反铁磁层；2、钉扎层；3、石墨烯层；4、自由层；5、石墨烯片。
具体实施方式
[0019]下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步说明。
[0020]实施例1本专利技术提供了一种石墨烯太赫兹波探测器，如图1所示，包括反铁磁层1、钉扎层2、石墨烯层3、自由层4。反铁磁层1的材料为硬磁反铁磁材料，具体地，反铁磁层1的材料为IrMn、PtMn、FeMn。钉扎层2置于反铁磁层1上。钉扎层2的材料为自旋性极化率高的金属或半金属，具体地，钉扎层2的材料为Co、Fe、CoFe、CoFeB、CoFeAl合金。钉扎层2的厚度在此不做限制。石墨烯层3置于钉扎层2上。石墨烯层3中石墨烯的层数少于10层，以便于在石墨烯层3吸收太赫兹波产生热时，能够更多地改变石墨烯层3的导电特性或量子隧穿特性，从而提高太赫兹波探测的灵敏度。在具体应用中，石墨烯层3中石墨烯的层数少于5层，以实现高灵敏度的太赫兹波探测。自由层4置于石墨烯层3上。自由层4的材料为磁各向异性弱的软磁材料，具体地，自由层4的材料为NiFe合金、CoFe合金、CoFeB合金。自由层4的厚度在此不做限制。
[0021]应用时，应用固定磁场作用于本专利技术，以产生磁电阻效应，磁场的强度在此不做限制，磁场的强度根据所测量的太赫兹波强度范围决定；同时，应用待测太赫兹波照射石墨烯层3。通过测量太赫兹波照射时和无太赫兹波照射时，钉扎层2和自由层4之间电阻的差异，确定待测太赫兹波的强度或波长。在本专利技术中，石墨烯层3吸收太赫兹波，石墨烯层3产生热，从而改变了石墨烯层3的导电特性或量子隧穿特性，从而改变了钉扎层2和自由层4之间的电阻。因为钉扎层2和自由层4之间的电阻压阻地依赖于石墨烯层3的导电特性或量子隧穿特性，所以本专利技术具有太赫兹波探测灵敏度高的优点。在本专利技术中，石墨烯层4不是作为场效应管的关键材料，不是改变沿着石墨烯层4的导电特性，而是改变了垂直于石墨烯层4的量子隧穿特性。因此，本专利技术的灵敏度高、噪声小。
[0022]另外，在本专利技术自由层4也会吸收石墨烯层3产生的热，从而改变自由层4的自旋状态，从而改变钉扎层2和自由层4之间的电阻，从而实现高灵敏度的太赫兹波探测。
[0023]实施例2在实施例1的基础上，如图2所示，还包括石墨烯片5，石墨烯片5置于自由层4内。石
墨烯片5平行于石墨烯层3。石墨烯片5的形状为方形或矩形。石墨烯片5的尺寸在此不做限定。石墨烯片5的尺寸依赖于待测太赫兹波的波段。石墨烯片5在石墨烯片5所在的平面内周期设置，也就是说，在图2中，石墨烯片5在水平面内周期设置，该周期可以为方形周期，也可以为矩形周期。这样一来，太赫兹波被限制在石墨烯片5和石墨烯层3之间，在石墨烯片5和石墨烯层3之间形成强电场，也就是太赫兹波被局域或限制在石墨烯片5与石墨烯层3之间，从而使得石墨烯层3吸收更多的太赫兹波，从而产生更多的热，从而更多地改变石墨烯层3的量子隧穿特性，从而更多地改变钉扎层2和自由层4之间的电阻，从而实现更高灵敏度的太赫兹波探测。
[0024]更进一步地，石墨烯片5与石墨烯层3之间的距离小于所探测的太赫兹波的波长的二十分之一。这样一来，在石墨烯片5和石墨烯层3之间形成波导模式，在石墨烯片5和石墨烯层之3间形成更强的电场，从而使得石墨烯层3产生更多的热，从而更多地改变石墨烯层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯太赫兹波探测器，其特征在于，包括反铁磁层、钉扎层、石墨烯层、自由层，所述反铁磁层的材料为硬磁反铁磁材料，所述钉扎层置于所述反铁磁层上，所述钉扎层的材料为自旋性极化率高的金属或半金属，所述石墨烯层置于所述钉扎层上，所述自由层置于所述石墨烯层上，所述自由层的材料为磁各向异性弱的软磁材料。2.如权利要求1所述的石墨烯太赫兹波探测器，其特征在于：还包括石墨烯片，所述石墨烯片置于所述自由层内。3.如权利要求2所述的石墨烯太赫兹波探测器，其特征在于：所述石墨烯片平行于所述石墨烯层。4.如权利要求3所述的石墨烯太赫兹波探测器，其特征在于：所述石墨烯片的形状为方形或矩形。5.如权利要求4所述的石墨烯太赫兹波探测器，其特征在于：所述石墨烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：于孟今，
申请(专利权)人：于孟今，
类型：发明
国别省市：