×
04.06.2019
219.017.72f9

СПИНТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ГЕНЕРИРОВАНИЯ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫХ КОЛЕБАНИЙ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к устройствам генерирования и формирования СВЧ радиосигналов. Технический результат - увеличение мощности и стабильности выходных колебаний. Для этого в устройство генерирования СВЧ колебаний, содержащее спин-трансферный генератор 1, состоящий из последовательно закрепленных друг на друге первого электрода 11, адгезионного слоя 12, антиферромагнитного слоя 13, первого ферромагнитного слоя 14, изолирующего слоя 15, второго ферромагнитного слоя 16, промежуточного слоя 17, свободного слоя 18 и второго электрода 19, введены усилитель мощности 2, мост 3, первый делитель частоты 4, фазовый детектор 5, фильтр 6, источник тока 7, опорный кварцевый генератор 8 и второй делитель частоты 9. При этом спин-трансферный генератор 1 через последовательно соединенные усилитель мощности 2, мост 3 и первый делитель частоты 4 подключен к фазовому детектору 5. К фазовому детектору 5 через второй делитель частоты 9 подключен опорный кварцевый генератор 8. При этом выход фазового детектора 5 через последовательно подключенные фильтр 6 и источник тока 7 подключен к спин-трансферному генератору 1. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к устройствам генерирования и формирования СВЧ радиосигналов и может быть использовано, например, в качестве перестраиваемого генератора в синтезаторах частот.

Известно устройство спин-трансферный генератор [1], состоящее из трех слоев: ферромагнитного слоя с фиксированной намагниченностью, промежуточного немагнитного слоя и ферромагнитного слоя со свободной намагниченностью. Протекающий через это устройство постоянный ток высокой плотности за счет эффекта спинового переноса момента поляризуется по спину и приводит к прецессии намагниченности ферромагнитного слоя со свободной намагниченностью. Прецессия намагниченности за счет эффекта гигантского магнетосопротивления приводит к осцилляциям сопротивления трехслойной структуры в СВЧ диапазоне.

Недостаток этого устройства заключается в низкой мощности колебаний, вызванной низким переменным сопротивлением спин-трансферного генератора. Мощность составляет порядка нескольких нановатт.

Известно также спин-волновое устройство [2], которое содержит первый электрод, адгезионный слой, антиферромагнитный слой, первый ферромагнитный слой, изолирующий слой, второй ферромагнитный слой, промежуточный слой, свободный слой и второй электрод. Дополнительные слои необходимы для повышения сопротивления спин-волнового устройства.

Это устройство выбрано в качестве прототипа предложенного решения.

Первый недостаток этого устройства заключается в низкой мощности колебаний. Максимальная мощность может достигать нескольких микроватт.

Второй недостаток заключается в низкой стабильности колебаний, вызванных неравномерной плотностью тока, протекающего через спин-трансферный генератор.

Технический результат предполагаемого изобретения заключается в увеличении мощности и стабильности выходных колебаний.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в устройство генерирования СВЧ колебаний, содержащее спин-трансферный генератор, состоящий из последовательно закрепленных друг на друге первого электрода, адгезионного слоя, антиферромагнитного слоя, первого ферромагнитного слоя, изолирующего слоя, второго ферромагнитного слоя, промежуточного слоя, свободного слоя и второго электрода, введены усилитель мощности, мост, первый делитель частоты, фазовый детектор, фильтр низких частот, источник тока, опорный кварцевый генератор и второй делитель частоты. При этом спин-трансферный генератор через последовательно соединенные усилитель мощности, мост и первый делитель частоты подключен к фазовому детектору. К фазовому детектору через второй делитель частоты подключен опорный кварцевый генератор. При этом выход фазового детектора через последовательно подключенные фильтр низких частот и источник тока подключен к спин-трансферному генератору.

Существует вариант, в котором в качестве источника тока используют прецизионный источник тока с малым шагом перестройки.

Существует вариант, в котором перестроечная характеристика источника тока соответствует нелинейной регулировочной характеристике спин-трансферного генератора. Устройство генерирования СВЧ колебаний содержит спин-трансферный генератор 1 (фиг. 1), который включен в цепь фазовой автоподстройки с усилителем мощности 2, состоящей из моста 3, первого делителя частоты 4, фазового детектора 5, фильтра низких частот 6, источника тока 7, опорного кварцевого генератора 8 и второго делителя частоты 9. Первый делитель частоты 4 и второй делитель частоты 9 могут представлять собой микросхемы, выполненные по технологии ТТЛ КМОП, с задающимися оператором коэффициентами деления [3]. Опорный кварцевый генератор 8 термокомпенсирован или термостатирован, его частота может быть выбрана порядка 10 МГц [4]. Выход опорного кварцевого генератора 8 через второй делитель частоты 9 подключен к фазовому детектору 5, который представляет собой комбинацию умножающих и смешивающих диодов, реализованных в виде одной микросхемы [3]. Выход фазового детектора 5 подключен к фильтру низких частот 6, который является фильтром нижних частот. Выход фильтра 6 подключен к источнику тока 7. Источник тока 7 подключен к спин-трансферному генератору 1, который через усилитель мощности 2, мост 3 и первый делитель частоты 4 подключен к фазовому детектору 5. Усилитель мощности 2 представляет собой трехкаскадную схему усиления с высоким входным сопротивлением, выполненной по технологии КМОП. Мост 3 содержит два выхода, первый подключен к входу фазового детектора 5, второй служит для подключения полезной нагрузки. Спин-трансферный генератор 1, представляющий собой многослойную структуру типа «наностолб» с диаметром 50-200 нм [5], состоит из последовательно закрепленных друг на друге первого электрода 11 (фиг. 2), адгезионного слоя 12, антиферромагнитного слоя 13, первого ферромагнитного слоя 14, изолирующего слоя 15, второго ферромагнитного слоя 16, промежуточного слоя 17, свободного слоя 18, второго электрода 19. К первому электроду 11 подключается выход источника тока 7, второй электрод 20 подключается к входу усилителя мощности 2. Первый электрод 11 и второй электрод 20 выполнены из проводящего материала, например, меди. Толщина электродов 10-100 нм, площадь неограниченна. Адгезионный слой 12 имеет толщину 1-5 нм и выполнен, например из тантала. Антиферромагнитный слой 13 выполнен из сплава платины с марганцом (PtMn) или иридия с марганцем (IrMn). Его толщина составляет 10-30 нм. Первый ферромагнитный слой 14 и второй ферромагнитный слой 16 имеют толщину 10-20 нм. Первый ферромагнитный слой 14 выполнен из сплава кобальта с железом (CoFe), второй ферромагнитный слой 16 выполнен из сплава кобальт-железо-бор (CoFeB). Изолирующий слой 15 имеет толщину 1-5 нм и выполнен из немагнитного материала, например рутения (Ru). Промежуточный слой 17 выполнен из оксида магния (MgO), его толщина составляет 1-5 нм. Свободный слой 18 выполнен из ферромагнитного материала, например сплава кобальт-железо-бор, его толщина составляет от 3 до 15 нм. Спин-трансферный генератор 1 получают методом напыления, травления, литографии и планаризации.

Устройство работает следующим образом. Включают источник тока 7, при этом на вход спин-трансферного генератора 1 поступает постоянный ток. Таким образом, задается рабочая точка спин-трансферного генератора 1. В спин-трансферном генераторе 1 за счет эффекта гигантского магнетосопротивления и эффекта спинового переноса тока генерируются СВЧ колебания, обладающие малой стабильностью. Эти колебания попадают на вход усилителя мощности 2, где происходит усиление их мощности. Далее колебания попадают на вход моста 3, где сигнал делится на две равные части. Первая является полезным выходным сигналом, а вторая попадает на вход первого делителя частоты 4, где через заданный оператором коэффициент деления приводится к частоте сравнения, равной частоте колебаний опорного кварцевого генератора 8, деленной на значение коэффициента деления во втором делителе частоты 9. В фазовом детекторе 5 происходит сравнение текущих фаз двух колебаний на частоте сравнения - колебаний опорного кварцевого генератора 8 и колебаний спин-трансферного генератора 1. На выходе фазового детектора 5 создается постоянное напряжение, пропорциональное разности фаз опорного кварцевого генератора 8 и спин-трансферного генератора 1. Зависимость выходного напряжения от разности фаз определена типом детекторной характеристики фазового детектора 5. Подключенный к фазовому детектору 5 фильтр низких частот 6 блокирует все высокочастотные составляющие напряжения. Источник тока 7 по заданной характеристике (фиг. 3) преобразует входное напряжение в выходной ток, который может быть больше, или меньше тока в рабочей точке. Новое значение тока попадает на вход спин-трансферного генератора 1 и меняет его частоту (фиг. 4). Таким образом, происходит подстройка частоты спин-трансферного генератора 1 к частоте опорного кварцевого генератора 8. Это приводит к увеличению стабильности выходного колебания.

Введение цепи фазовой автоподстройки с усилителем позволяет перераспределить энергию выходных колебаний спин-трансферного генератора и максимизировать ее значение на выбранной частоте. Перераспределение энергии также приводит к увеличению стабильности колебаний.

ЛИТЕРАТУРА

1. Патент США 8,174,798 Spin-torque oscillator, a magnetic sensor and a magnetic recording system (аналог)

2. Патент США 8,476,724 Spin wave device (прототип)

3. Л.А. Белов. Радиоэлектроника. Формирование стабильных частот и сигналов. - М.: Издательство Юрайт.2018. - 242 с.

4. Л.А. Белов. Опорные генераторы. Электроника: наука, технология, бизнес.2010. №6. С. 38-44.

5. Т. Chen Т., R.K. Dumas, A. Eklund, Р.K. Muduli, A. Houshang, А.A. Awad, , В.G. Malm, A. Rusu, and . Spin-torque and spin-hall nano-oscillators // Proc. of IEEE. 2016. Vol. 104. No. 10. pp. 1919-1945.


СПИНТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ГЕНЕРИРОВАНИЯ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫХ КОЛЕБАНИЙ
СПИНТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ГЕНЕРИРОВАНИЯ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫХ КОЛЕБАНИЙ
СПИНТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ГЕНЕРИРОВАНИЯ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫХ КОЛЕБАНИЙ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 208.
10.09.2015
№216.013.7894

Способ изготовления электродно-диафрагменного блока для щелочного электролизера воды

Изобретение относится к способу изготовления электродно-диафрагменного блока для щелочного электролизера воды, включающему приготовление формующего раствора диафрагмы, нанесение формующего раствора на подложку, изготовление диафрагмы методом фазовой инверсии и формирование...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002562457
Дата охранного документа: 10.09.2015
20.10.2015
№216.013.83b4

Способ изготовления диафрагменного материала для электролитического разложения воды

Изобретение относится к технологии изготовления нетканых диафрагменных материалов на основе волокон полимера с внедренными по поверхности частицами гидрофильного наполнителя для электролизеров воды с щелочным электролитом. Способ изготовления диафрагменного материала для электролитического...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002565319
Дата охранного документа: 20.10.2015
27.10.2015
№216.013.8881

Пылеугольная топка

Изобретение относится к области тепловой энергетики и может быть использовано на паровых котлах с прямым вдуванием угольной пыли. Пылеугольная топка содержит экранированные прямоугольную вертикальную камеру сгорания 1 и двускатную холодную воронку 2, шлаковый комод 3, установленные по...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002566548
Дата охранного документа: 27.10.2015
20.12.2015
№216.013.9cf0

Устройство для токарной обработки некруглых деталей

Устройство относится к электромеханике и может быть использовано для повышения точности токарной обработки серийных некруглых деталей, выполняемой по бескопирной технологии, в условиях колебания скорости вращения детали. Технический результат - повышение точности формообразования в условиях...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002571801
Дата охранного документа: 20.12.2015
20.01.2016
№216.013.a0cb

Устройство для управления вентильно-индукторным электроприводом

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электроприводе станков, гибридного и электрического транспорта, установок общепромышленного назначения. Техническим результатом является повышение надежности устройства. Устройство управления предусматривает...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002572805
Дата охранного документа: 20.01.2016
10.04.2016
№216.015.2e6a

Способ электропитания генератора озона поверхностного разряда

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для экономии электроэнергии и повышения надежности генераторов озона барьерно-поверхностного разряда. Технический результат - повышение эффективности использования электроэнергии и уменьшение потребляемой мощности озонатора от...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002579354
Дата охранного документа: 10.04.2016
20.05.2016
№216.015.4023

Микроканальный теплообменник

Изобретение относится к теплообменной технике и может использоваться в микроканальных теплообменниках. Микроканальный теплообменник состоит из жесткого корпуса, содержащего теплообменную матрицу, образованную из спаянных между собой тонких гладких теплопроводных пластин одинаковой конструкции,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002584081
Дата охранного документа: 20.05.2016
20.08.2016
№216.015.4a79

Гель-полимерный электролит для литиевых источников тока

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при производстве литиевых первичных и вторичных источников тока, а также суперконденсаторов. Повышение удельной электрической проводимости гель-полимерного электролита, обеспечение его химической и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002594763
Дата охранного документа: 20.08.2016
20.08.2016
№216.015.4cd4

Энергоустановка с электрохимическим генератором на основе водородно-кислородных топливных элементов

Изобретение относится к энергетическому оборудованию и может быть использовано для получения электрической энергии как в стационарных установках, так и на транспорте, а также при производстве и эксплуатации энергоустановок. Повышение эффективности работы энергоустановки с электрохимическим...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002594895
Дата охранного документа: 20.08.2016
20.08.2016
№216.015.4d93

Установка для нанесения покрытий на поверхности деталей

Изобретение относится к установке для нанесения покрытий на поверхности деталей. Внутри корпуса вакуумной камеры установлен, по меньшей мере, один источник распыляемого материала, выполненный в виде N магнетронов, где N - целое число и N>1, и ионный источник. Внутри корпуса камеры...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002595187
Дата охранного документа: 20.08.2016
Показаны записи 1-1 из 1.
06.06.2023
№223.018.791e

Осциллятор для генератора терагерцового излучения

Изобретение относится к прикладной физике и может быть использовано в измерительной технике для генерации и приема излучения в диапазоне частот 0.1-5 ТГц. Осциллятор для генератора терагерцового излучения включает гетероструктуру на основе слоев антиферромагнитного диэлектрика и платины,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002742569
Дата охранного документа: 08.02.2021
+ добавить свой РИД