高频振荡器制造技术

高频振荡器包括高频振荡元件，该高频振荡元件具有其磁化方向基本被固定在一个方向的磁化被固定层；由磁性材料形成的在提供电流时产生高频振荡现象的振荡层；设置在磁化被固定层和振荡层之间，具有绝缘层和在厚度方向穿越绝缘层的电流通路的中间层；和一对垂直于包括磁化被固定层、中间层和振荡层的层叠薄膜的平面提供电流的电极。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于毫米波段或微波波段的无线电通信设备，雷达设备或相关设备的高频振荡器。
技术介绍
在毫米波段或者微波波段用于通信或雷达应用领域的情况下不容易受天气或者灰尘的影响。这是因为毫米波段或者微波波段的波长很短，收/发天线可以制作得非常紧凑。另外，还能够利用多普勒效应高精度地探测对一个物体的相对速度。正因为如此，在最近几年，毫米波雷达开始安装在汽车上用以避免由于司机疏忽或误操作造成的车辆碰撞。常规的毫米波振荡器包括诸如耿氏二极管的半导体器件。在这样的包括半导体器件的毫米波振荡器中，半导体器件的温度会随着激励而升高，振荡特性就会发生改变。由于这个原因，就有必要设计出一种结构来抑制激励时产生的温度升高。然而，这样的毫米波振荡器必然结构非常复杂(例如参见JP-A-2005-19570)，因此也就成为一个问题。另一方面，在通过无线电或有线通信传递信息的通信设备中内置作为其主要部件的具有只提取所需要频段的功能的高频滤波器。为了有效地利用频段以用所储存的能量运转通信设备，要求高频滤波器具有优异的衰减特性及更小的插入损耗。为了实现这些要求，就需要一种高Q值的谐振元件。作为具有高Q值的高频滤波器，已知有一种使用超导元件的滤波器(例如参见JP-A-2004-349966)。然而，为了超导元件正常工作，该元件必须用液氮或者液氦冷却。因此，难以实现紧凑结构的高频滤波器，同样，从成本的观点出发也难以将超导元件应用到消费产品上。与这些常规振荡器相反，提出一种采用完全不同的物理原理的振荡器。例如，参见S.I.Kiselev et al.，Nature，425，308(2003)。这种振荡器具有一种层叠的薄膜，其中包括一层磁性层，一层非磁性的金属层和另一层磁性层，以及使电流垂直于层叠薄膜的平面流过的一对电极。当提供电流时就会产生振荡现象。在下文中，这种振荡器被称为电流垂直平面(CPP)振荡器。有关该CPP振荡器，目前不仅作为一种振荡器，而且对于在高频滤波元件等方面的应用都正在研究中(参见第5,695,864号美国专利)在这种CPP振荡器中，根据它的物理原理，元件尺寸要求为100nm×100nm或更小。这种不用半导体而用金属制成的超细微的振荡器被期望具有包括高热散逸，低放热以及振荡特性的小温度特性的优点。另外，如果应用这样的电路，就不必如获得振荡现象的常规技术一样去架构一个复杂的结构。CPP振荡器在工作原理中具有一个独特的性质，就是只通过向器件通直流电就获得振荡现象。因此具有被期望的优点，在制造高频振荡器时其电路可以被简化。然而，在普通的CPP振荡器中难以获得作为实际器件的运行，并且目前在实际应用的器件方面还没有任何进展。这是因为振荡信号的输出信号极微弱，当为了获得高振荡信号输出而增大电流时，由于自旋传递扭矩现象，磁性层会出现反向磁化作用。例如，参见J.C.Slonczewski，J.Magn.Magn.Mater.，159，L1(1996)。一旦反向磁化产生，振荡条件就发生变化，也就不能保持稳定的振荡运行，因此结果就无法作为一个器件而应用。另外，在普通的CPP振荡器中不易改变振荡频率，它的工作频率带宽有限，这也是另一个问题。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面的高频振荡器包括高频振荡元件，该元件包括磁化方向基本被固定在一个方向的磁化被固定层(megnetization pinned layer)；由磁性材料构成的振荡层，当提供电流时，该振荡层产生高频振荡现象；设置于磁化被固定层和振荡层之间的中间层，该中间层包括一个绝缘层和在厚度方向穿越绝缘层的电流通路；以及一对电极，该对电极垂直于包括磁化被固定层，中间层和振荡层的层叠薄膜的平面提供电流。附图说明图1是根据一个实施例的高频振荡器的立体图；图2是显示图1中的中间层的横截面的示意图，截面平行于该平面；图3是显示在根据一个实施例的CCP-CPP振荡器的振荡层中有效地发生自旋波激励的区域的示意图；图4是显示根据一个实施例的高频集成电路的一个实例的示意图；图5是根据一个实施例的具有磁场施加机构的CCP-CPP振荡器的横截面示意图； 图6是根据另一个实施例的具有磁场施加机构的CCP-CPP振荡器的立体图；图7是根据还有一个实施例的具有磁场施加机构的CCP-CPP振荡器的立体图；图8是根据实施例2的CCP-CPP振荡器的立体图；图9是根据实施例3的CCP-CPP振荡器的立体图；图10A和图10B是根据实施例4的高频集成电路的平面图，以及显示其层叠结构的示意图；图11是显示根据实施例4的并联连接的高频集成电路的示意图；图12A，12B和12C是每一个都显示根据实施例4的CCP-CPP振荡器的具有不同电流通路面积比的中间层的示意图；图13是显示根据实施例4的CCP-CPP振荡器的磁化被固定层，中间层和振荡层的优选的横截面结构的示意图；图14是显示根据实施例5的串联连接的高频集成电路的示意图；图15是显示根据实施例6的毫米波段车载雷达的系统配置的示意图；图16是一种FM-CM雷达方案的车载雷达的电路图；图17是显示图16中的雷达信号波形的示意图；图18是显示一种FM-CM雷达方案的毫米波车载雷达的示范配置的示意图；图19是显示一种脉冲多普勒效应的毫米波车载雷达的示范配置的示意图；图20是显示包括根据实施例6的车载雷达设备的汽车的示意图；图21是显示一种根据实施例7的车对车通信设备的示意图；以及图22是根据实施例8的一种信息终端对终端通信设备；具体实施方式图1所示的是包括根据本专利技术的实施例的高频振荡元件的高频振荡器的立体图。组成高频振荡器的高频振荡元件具有这样的结构，在衬底(未显示)上层叠下电极11，垫层12，固定层(pinning layer)13，包括下被固定层(pinned layer)14a，Ru层14b和上被固定层14c的磁化被固定层(被固定层)14，金属层15，中间层(间隔层)16，金属层17，振荡层18，覆盖层19和上电极20。中间层16包括绝缘层21和在厚度方向穿越绝缘层的纳米数量级的金属制成的电流通路22。当使电流垂直于在下电极11和上电极20之间的磁化被固定层14，中间层15和振荡层18的层叠薄膜的平面流动时，电流被固定在中间层16的电流通路22中流动。因此，由于自旋传递扭矩现象，就出现了振荡层18的自旋波激发(磁化进动)，并且得到一定频率的高频振荡。由于这种作用，我们将这种振荡器命名为电流固定通路CPP(CCP-CPP)振荡器。图2所示的是图1的中间层的横截面示意图，截面与该平面平行。作为能导致有效振荡的元件尺寸，一边的长度L从20到200nm，典型地为40到100nm。电流通路的尺寸D为0.5到10nm，典型地为1到6nm。需要指出的是，虽然图2中所示的器件形状为矩形，圆形及椭圆形也可采用，只要它们具有与上述同样的器件尺寸。根据本专利技术的的实施例的CCP-CPP振荡器，可以得到以下两种效应。在CCP-CPP振荡器中，中间层里的电流通路固定了电流，局部电流密度显示了极端高的值。高电流密度有效地产生振荡，电流密度高度集中的区域带来的好处是，反向磁化作用未必可能发生。在下文与普通的CPP振荡器的比较中将对根据本专利技术的实施例的CCP-CPP振荡器的效果进行更详细的描述。首本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高频振荡器，其特征在于，该高频振荡器包括：高频振荡元件，该高频振荡元件包括其磁化方向被基本固定在一个方向的磁化被固定层；由磁性材料形成的在被提供电流时产生高频振荡现象的振荡层；设置在所述磁化被固定层和所述振荡层之间的中间层，该中 间层包括绝缘层和在厚度方向穿越该绝缘层的电流通路；和一对垂直于包括磁化被固定层、中间层和振荡层的层叠薄膜的平面提供电流的电极。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：福泽英明，汤浅裕美，岩崎仁志，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：JP[日本]