蘇州納米所納米加工平臺Nature Nanotechnology:片上集成自旋微波探測器
微波技術(shù)在通信、物理及醫(yī)療等領(lǐng)域有著至關(guān)重要的作用。當(dāng)前,微波天線、探測器等元件正朝著微型化、集成化與智能化方向持續(xù)發(fā)展。然而,傳統(tǒng)微波探測系統(tǒng)通常由天線、濾波器、放大器和整流電路構(gòu)成,整體體積較大,其規(guī)模與功耗嚴重制約了系統(tǒng)的進一步集成與應(yīng)用拓展。
近日,中國科學(xué)院蘇州納米所納米加工平臺與合作團隊,在片上集成微波器件研究中取得重要進展,首次成功實現(xiàn)了磁電天線與納米自旋探測器的單片集成。相關(guān)研究成果以A CMOS-compatible, scalable and compact magnetoelectric spin-torque microwave detector為題,在線發(fā)表于《自然·納米技術(shù)》。
研究團隊創(chuàng)新性地提出磁電材料與自旋電子材料的單片集成策略,通過磁控濺射方法與化學(xué)機械拋光工藝,實現(xiàn)了原子級精度、多種材料的單片集成,進一步結(jié)合微納加工與MEMS加工技術(shù),制備出與CMOS工藝兼容的片上集成器件,該器件總面積小于0.4 mm2,實現(xiàn)了對微波信號的高靈敏度無線探測,其探測靈敏度超過90 kV/W,噪聲等效功率低至約3 pW/√Hz。
本工作與團隊前期成果(Nat. Commun. 7, 11259, 2016;Phys. Rev. Appl. 11, 014022, 2019;Appl. Phys. Lett. 121, 203504, 2022;Nat. Commun. 14, 2183, 2023)一脈相承。該集成技術(shù)具備良好的可擴展性,研究團隊成功制備出可擴展的片上微波探測陣列,其靈敏度進一步提升至446 kV/W,為后續(xù)技術(shù)轉(zhuǎn)化與應(yīng)用奠定了堅實基礎(chǔ)。
該研究在單片集成技術(shù)上取得重要突破,為發(fā)展高靈敏度、可擴展的新一代微型化微波探測器奠定了工藝與器件基礎(chǔ)。中國科學(xué)院蘇州納米所為第一完成單位,蘇州納米所博士研究生劉澍暉與意大利巴里理工大學(xué)Riccardo Tomasello副教授為共同第一作者,蘇州納米所方彬項目研究員、意大利墨西拿大學(xué)Giovanni Finocchio教授及蘇州納米所曾中明研究員為共同通訊作者。研究還獲得了沙特阿卜杜拉國王科技大學(xué)張西祥教授、電子科技大學(xué)陳愛天教授、無錫學(xué)院張黎可副教授等專家的指導(dǎo)與支持。該工作得到了國家自然科學(xué)基金、重點研發(fā)計劃青年科學(xué)家項目、江蘇省前沿項目、中國科學(xué)院率先行動引才計劃及蘇州市姑蘇領(lǐng)軍人才計劃等項目的資助。

圖1 片上集成微波探測器的器件結(jié)構(gòu)與掃描電子顯微圖

圖2.?片上集成微波探測器的微波響應(yīng)特性
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