Функциональный элемент магноники



Функциональный элемент магноники
Функциональный элемент магноники
H01L43/00 - Приборы с использованием гальваномагнитных или аналогичных магнитных эффектов; способы и устройства, предназначенные специально для изготовления и обработки этих приборов или их частей (приборы, состоящие из нескольких компонентов на твердом теле, сформированных на общей подложке или внутри нее, H01L 27/00; приборы с поверхностным барьером или потенциальным барьером, на котором имеет место скачкообразное изменение потенциала, управляемые изменением магнитного поля, H01L 29/82)

Владельцы патента RU 2697724:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к СВЧ технике и может быть использовано при конструировании приборов на магнитостатических волнах в гигагерцовом диапазоне частот. Функциональный элемент магноники содержит немагнитную подложку, размещенную на ней ферромагнитную пленку из железоиттриевого граната (ЖИГ), микрополосковые преобразователи для возбуждения и приема магнитостатических спиновых волн (МСВ) в пленке ЖИГ, источник магнитного поля. На поверхности подложки, прилежащей к пленке ЖИГ, образована структура в форме меандра из канавок, продольная ось которых перпендикулярна направлению распространения МСВ. Пленка ЖИГ повторяет контур образованных канавками выступов, боковых граней и пазов, а магнитное поле источника магнитного поля ориентировано перпендикулярно к плоскости подложки с возможностью возбуждения в пленке ЖИГ объемных МСВ. Технический результат – расширение функциональных возможностей элемента, обеспечение возможности соединения между собой магнонных элементов в многослойные трехмерные структуры. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к СВЧ технике и может быть использовано при конструировании приборов на магнитостатических волнах в гигагерцовом диапазоне частот.

Устройства на магнитостатических спиновых волнах (МСВ) обладают возможностью перестройки параметров (коэффициенты передачи, время задержки) и частотных режимов работы за счет изменения как величины, так и угла магнитного поля (см., например, обзор «Магноника - новое направление спинтроники и спин-волновой электроники», УФН, т. 185, №10, 2015, с.с. 1099-1128). Эти характеристики позволяют реализовать устройства для обработки сигналов с множеством функций, например, задержки сигналов, направленного ответвления, фильтрации и др. функций. Технологии микроэлектроники дают возможность выполнить на подложках магнитные пленки с особой конфигурацией, толщиной и свойствами (см., например, И.А. Накрап, А.Н. Савин, Ю.П. Шараевский. ВЛИЯНИЕ НАМАГНИЧЕННОЙ ФЕРРОМАГНИТНОЙ ПЛЕНКИ НА ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕАНДРОВОЙ МИКРОПОЛОСКОВОЙ ЛИНИИ/ РАДИОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА, 2006, том 51, №3, с. 320-327).

Так, известен ответвитель на МСВ (DE 4204299 (A1), Non-reciprocal waveguide coupler using magnetostatic surface waves - whose direction of propagation on epitaxial garnet film is at right angles to fundamental magnetic field, SIEMENS AG, 18.09.1993). Он содержит подложку из галлий-гадолиниевого граната, выращенную на данной подложке пленку из железо-иттриевого граната (ЖИГ) и располагающиеся на данной пленке микрополосковые антенны, обеспечивающие возбуждение спиновых волн в пленке ЖИГ. Устройство может быть использовано в качестве n-портового направленного ответвителя на частотах по меньшей мере нескольких ГГц, а также фазовращателя. Частотно-избирательный ответвитель на основе латерально связанной мультиферроидной структуры работает в многомодовом режиме, позволяет расширить функциональные возможности в системах с большой плотностью информационного сигнала (RU 166410 U1, СГУ, 27.11.2016).

В изобретении (RU 2623666 С1, ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН, 28.06.2017), описан трехканальный микроволновый ответвитель мощности СВЧ сигнала с управлением частотным диапазоном ответвления и шириной полосы частот. Содержит размещенную на подложке из галлий-гадолиниевого граната (ГГГ) микроволноводную структуру из пленки железо-иттриевого граната (ЖИГ), антенны для возбуждения МСВ, слой пьезоэлектрического материала, снабженный металлическими электродами для обеспечения пьезомагнитного взаимодействия.

Известен модулятор с управлением уровнем режекции СВЧ-сигнала в полосе частот (RU 2454788 С1, ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН, 27.06.2012), который включает протяженную структуру на основе магнонного кристалла из ферритовой пленки ЖИГ с поверхностной периодической структурой в виде параллельных канавок, глубина которых составляет 0,01-0,2 толщины пленки, размещенных перпендикулярно оси протяженной структуры, микрополосковые преобразователи. Поверхностные МСВ, распространяющиеся в пленке ЖИГ, испытывают периодическое рассеяние, в результате чего в их спектре возникают полосы непропускания.

Известны также функциональные СВЧ-устройства различного назначения, использующие т.н. магнонные кристаллы в качестве среды для распространения МСВ (С.А. Никитов, Ю.А. Филимонов, С.Л. Высоцкий, Е.С. Павлов, Н.Н. Новицкий, А.И. Стогний. “Физические основы фильтрации СВЧ сигналов с использованием магнонных кристаллов”. // Сборник научных трудов “Гетеромагнитная микроэлектроника”. - 2008. - В. 5. - С. 78-86. Магнонные кристаллы представляют собой пленки ЖИГ с вытравленными поверхностными структурами в виде канавок, ось которых перпендикулярна направлению распространения МСВ. Пленка ЖИГ размещается между входным и выходным микрополосковыми преобразователями СВЧ. Однако, в данных функциональных СВЧ-устройствах, использующих одномерные и двумерные магнонные кристаллы, волноведущие структуры для МСВ являются планарными, что не позволяет повышать плотность размещения функциональных элементов путем соединения их в многослойные структуры. Технология выполнения периодических наноструктур в целом известна и описана в применении к среде для магнитной записи (см., например, US 6351339, RONNI CORP., 26.02.2002; RU 2391717 С1, Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН, 10.06.2010).

Проблема, на решение которой направлено изобретение, является расширение функциональных возможностей элемента путем трансформации видов МСВ в процессе распространения по структуре для достижения фильтрации, направленного ответвления, СВЧ сигналов, а также обеспечение возможности соединения между собой магнонных элементов в многослойные трехмерные структуры.

Патентуемый функциональный элемент магноники содержит немагнитную подложку, размещенную на ней ферромагнитную пленку из железоиттриевого граната (ЖИГ), микрополосковые преобразователи для возбуждения и приема магнитостатических волн (МСВ) в пленке ЖИГ, источник магнитного поля.

Отличие состоит в том, что на поверхности подложки, прилежащей к пленке ЖИГ, образована структура в форме меандра из канавок, продольная ось которых перпендикулярна направлению распространения МСВ, при этом пленка ЖИГ повторяет контур образованных канавками выступов, боковых граней и пазов, а магнитное поле источника магнитного поля ориентировано перпендикулярно к плоскости подложки с возможностью возбуждения в пленке ЖИГ объемных МСВ.

Элемент может характеризоваться тем, что подложка выполнена из галлий-гадолиниевого граната, кроме того, тем, что глубина w канавок составляет от 0,1 до 0,5 толщины d пленки, а период Т канавок составляет от 50 до 100 толщины d пленки ЖИГ, а также тем, что канавки имеют в сечении прямоугольную или трапециевидную форму, а толщина пленки ЖИГ составляет 1-10 мкм при намагниченности М насыщения в диапазоне от 130 до 150 Гс.

Элемент может характеризоваться и тем, что, по меньшей мере, один микрополосковый преобразователь для возбуждения МСВ размещен на образованных выступах, а по меньшей мере один микрополосковый преобразователь для приема МСВ - на боковых гранях выступов и/или в пазах, образованных канавками, с возможностью приема прямых и обратных объемных МСВ.

Элемент может характеризоваться и тем, что, при реализации многоотводного полосно-заграждающего фильтра на объемных МСВ, период Т канавок выбран из условия кратности целому числу длин полуволн.

Технический результат - расширение функциональных возможностей элемента путем трансформации видов объемных МСВ в процессе распространения по структуре для достижения фильтрации, направленного ответвления СВЧ сигналов, а также обеспечение возможности соединения между собой магнонных элементов в многослойные трехмерные структуры.

Существо изобретения поясняется на чертежах, где:

фиг. 1 - показана структура функционального элемента магноники;

фиг. 2 - блок-схема многоотводного полосно-заграждающего фильтра на МСВ, реализованного на описанной структуре.

Структура содержит немагнитную диэлектрическую подложку 1, размещенную на ней ферромагнитную пленку 2 из железоиттриевого граната (ЖИГ) (фиг. 1). Подложка выполнена из галлий-гадолиниевого граната (ГГГ).

Микрополосковые преобразователи 3 для возбуждения и приема МСВ связаны с пленкой 2 ЖИГ. Элемент содержит источник магнитного поля (на фигурах условно не показан). Вектор Н напряженности магнитного поля направлен по нормали к плоскости подложки 1 с образованной на ее поверхности структурой и совпадает с направлением Z тройки векторов (показанной на фиг. 1). Направление X совпадает с длиной подложки 1 структуры, направление Y - с шириной b структуры. Внешний источник магнитного поля (на фиг. не показан) выполнен регулируемым в диапазоне напряженностей Н=2-10 кЭ.

На поверхности немагнитной подложки 1 толщиной S, прилежащей к пленке 2 ЖИГ, образована структура в форме меандра из прямоугольных канавок 4, продольная ось 41 которых перпендикулярна направлению распространения объемных МСВ и совпадает с направлением Y. Пленка 2 ЖИГ повторяет контур выступов 42, боковых граней 43 и пазов 44, образованных канавками 4. Толщина d пленки 2 ЖИГ выбирается в диапазоне d=0,1-10 мкм. Период Т меандра, образованного канавками 4, много больше толщины d пленки 2 (T>>d) и выбран из условия распространения в пленке ЖИГ объемных спиновых МСВ. Глубина W канавок (W<<S) не превышает двух толщин ферромагнитной пленки 2 ЖИГ (т.е. W≤2d) и определяется желаемыми свойствами фильтрации объемных МСВ. Ширина t1 выступов 42 и ширина t2 пазов 44 равны периоду Т меандра.

Пример реализации. Блок-схема многоотводного полосно-заграждающего фильтра на объемных МСВ, выполненного на описанной структуре, показана на фиг. 2. Микрополосковые преобразователи 3 для возбуждения и приема МСВ размещены на образованных канавками 4 выступах 42 с возможностью возбуждения и приема объемных МСВ. Микрополосковый преобразователь 31 предназначен для возбуждения МСВ и размещен на выступе 421. Другие микрополосковые преобразователи 32, 33, 34 (их число выбирается исходя из назначения фильтра и числа отводов) размещены на выступах 422, боковых гранях 431, 432 канавок 4 и обеспечивают прием объемных МСВ (выходы от преобразователей 32-34 условно обозначены поз. 35).

Соответственно, для данной конфигурации приемный преобразователь 32 обеспечивает прием прямых (forward), а преобразователи 33 и 34 - обратных (backward) объемных МСВ.

Рабочая область частот магнонного элемента при его различных применениях, например, в качестве фильтра на МСВ или логического вентиля, управляемого магнитным полем может быть легко перестроена в широких пределах путем изменения насыщающего магнитного поля.

1. Функциональный элемент магноники, содержащий немагнитную подложку, размещенную на ней ферромагнитную пленку из железоиттриевого граната (ЖИГ), микрополосковые преобразователи для возбуждения и приема магнитостатических спиновых волн (МСВ) в пленке ЖИГ, источник магнитного поля,

отличающийся тем, что

на поверхности подложки, прилежащей к пленке ЖИГ, образована структура в форме меандра из канавок, продольная ось которых перпендикулярна направлению распространения МСВ, при этом пленка ЖИГ повторяет контур образованных канавками выступов, боковых граней и пазов, а магнитное поле источника магнитного поля ориентировано перпендикулярно к плоскости подложки с возможностью возбуждения в пленке ЖИГ объемных МСВ.

2. Функциональный элемент магноники по п. 1, отличающийся тем, что подложка выполнена из галлий-гадолиниевого граната.

3. Функциональный элемент магноники по п. 1, отличающийся тем, что глубина канавок составляет от 0,1 до 0,5 толщины пленки ЖИГ, а период канавок составляет от 50 до 100 толщины пленки ЖИГ.

4. Функциональный элемент магноники по п. 1, отличающийся тем, что канавки имеют в сечении прямоугольную или трапециевидную форму.

5. Функциональный элемент магноники по п. 1, отличающийся тем, что толщина пленки ЖИГ составляет 1-10 мкм при намагниченности М насыщения в диапазоне от 130 до 150 Гс.

6. Функциональный элемент магноники по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере один микрополосковый преобразователь для возбуждения МСВ размещен на образованных выступах, а по меньшей мере один микрополосковый преобразователь для приема МСВ - на боковых гранях выступов и/или в пазах, образованных канавками, с возможностью приема прямых и обратных объемных МСВ.

7. Функциональный элемент магноники по п. 1, отличающийся тем, что при реализации многоотводного полосно-заграждающего фильтра на объемных МСВ период канавок выбран из условия кратности целому числу длин полуволн.



 

Похожие патенты:

Использование: для создания микрополоскового направленного ответвителя. Сущность изобретения заключается в том, что на одной стороне керамической подложки нанесена топология двух связанных микрополосковых линий передач пилообразной формы и четырех отрезков микрополосковых линий передач, связанные микрополосковые линии передач выполнены с изменяющимся расстоянием между ними по экспоненциальному закону вдоль всей длины и имеют несимметричную структуру относительно поперечной плоскости, на острых выступах зубцов «пилы» выполнены прямоугольные вырезы.

Изобретение относится к СВЧ радиотехнике, используемой, в частности, для применения в бортовой аппаратуре командно-измерительной системы (БА КИС) космических аппаратов.

Использование: для радиотехнических устройств различного назначения в качестве элементной базы тонкопленочных интегральных высокочастотных узлов, таких как разделительно-суммирующие устройства, усилители СВЧ мощности, ответвители, радиочастотные мультиплексоры, фазовращатели, фильтры и другие.

Изобретение относится к радиотехнике. Ответвитель СВЧ сигнала на магнитостатических волнах содержит подложку из галлий-гадолиниевого граната с размещенными на ней с зазором двумя микроволноводами в форме параллельных удлиненных полосок равной ширины из пленок железо-иттриевого граната (ЖИГ).

Использование: для направленного ответвления части мощности из ВЧ и СВЧ тракта. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для ответвления ВЧ и СВЧ части потока электромагнитного излучения с заданными параметрами для приемо-передающей аппаратуры выполненно из микрополосковых линий, расположенных на двух прямоугольных горизонтальных диэлектрических подложках, обратная сторона которых имеет сплошную металлизацию, металлизированные части подложки зеркально сложены между собой плоскостями, при этом происходит формирование в одном плече синфазной составляющей, а в другом - квадратурной составляющей сигнала, на каждой подложке микрополосковые линии нанесены методом фотолитографии, соединение двух микрополосковых линий с топологическим перекрестием в местах соединения выполнено в виде перемычек из фольги на торцах плат, при этом на одном из выходов предусмотрено присоединение резистора, компенсирующего отражения выходного сигнала, при этом резистор может быть пленочным, навесным либо подсоединенным с помощью СВЧ разъема.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в волноводной, антенной и СВЧ измерительной технике. Волноводный направленный ответвитель содержит основной и дополнительный прямоугольные волноводы, имеющие общую стенку, в которой выполнены отверстия связи, реализованные в виде прямых трапециевидных призм, у которых боковые грани, соответствующие первому основанию трапеции, лежат в одной плоскости с одной из стенок основного прямоугольного волновода и с одной из стенок дополнительного прямоугольного волновода.

Использование: для создания частотно-избирательного ответвителя мощности. Сущность изобретения заключается в том, что направленный ответвитель на магнитостатических волнах содержит размещенную на подложке из галлий-гадолиниевого граната микроволноводную структуру из пленки железо-иттриевого граната (ЖИГ), антенны для возбуждения магнитостатических волн, дополнительно введен слой пьезоэлектрического материала, снабженный металлическими электродами для подачи электрического напряжения, размещенный на поверхности микроволноводной структуры с возможностью пьезомагнитного взаимодействия, при этом микроволноводная структура образована тремя параллельными микроволноводами равной ширины, каждый из которых имеет прямоугольную форму и установлен с зазором друг относительно друга с обеспечением режима многомодовой связи, а антенны расположены на концах микроволноводов таким образом, что входная антенна размещена на одном конце срединного волновода, одна выходная антенна размещена на противоположном конце срединного волновода, а две других - на смежных с ним концах периферийных волноводов.

Изобретение относится к области техники СВЧ диапазона и может быть использовано для направленного отбора мощности из основного канала во вторичный, а также в составе измерителей комплексных коэффициентов передачи и отражения (векторных анализаторах цепей) для разделения падающих и отраженных волн.

Изобретение относится к СВЧ радиотехнике. Делитель мощности содержит четыре направленных ответвителя на связанных линиях.

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и может быть использовано при проектировании фазированных антенных решеток, в частности, направленных ответвителей (НО).

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой магниторезистивный преобразователь и может быть использовано в конструкции датчиков магнитного поля.

Изобретение относится к измерительной технике и представляет собой сверхчувствительный интеллектуальный магнитометрический датчик (МИ датчик) с расширенным диапазоном рабочих температур области.

Использование: для создания новых элементов, необходимых для хранения, обработки и передачи данных. Сущность изобретения заключается в том, что чувствительный элемент на основе эффекта магнитоимпеданса включает немагнитную подложку, слой диэлектрика и контакты и имеет СРР геометрию, где в качестве подложки используют n-Si, в качестве диэлектрика используют SiO2 и металлические электроды в виде полос, нанесенных на SiO2 и нижнюю часть полупроводника n-Si, и поведение магнитоимпеданса обусловлено процессами перезарядки поверхностных состояний на границе диэлектрик/полупроводник при приложенном к структуре переменном напряжении.

Изобретение относится к области магнитных наноэлементов на основе многослойных металлических наноструктур с магниторезистивным эффектом и может быть использовано для преобразования высокочастотного магнитного поля в электрический сигнал.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении величины индукции магнитного поля в условиях криогенных температур. .

Изобретение относится к СВЧ технике и может быть использовано при конструировании приборов на магнитостатических волнах в гигагерцовом диапазоне частот. Функциональный элемент магноники содержит немагнитную подложку, размещенную на ней ферромагнитную пленку из железоиттриевого граната, микрополосковые преобразователи для возбуждения и приема магнитостатических спиновых волн в пленке ЖИГ, источник магнитного поля. На поверхности подложки, прилежащей к пленке ЖИГ, образована структура в форме меандра из канавок, продольная ось которых перпендикулярна направлению распространения МСВ. Пленка ЖИГ повторяет контур образованных канавками выступов, боковых граней и пазов, а магнитное поле источника магнитного поля ориентировано перпендикулярно к плоскости подложки с возможностью возбуждения в пленке ЖИГ объемных МСВ. Технический результат – расширение функциональных возможностей элемента, обеспечение возможности соединения между собой магнонных элементов в многослойные трехмерные структуры. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх