随着科学技术的发展,科研工作者对“电子”的研究也在不断深入。对于电子的自由度之一——电荷的深入研究,带动了传统微电子学的发展；二十世纪末以来,人们对于电子的另一自由度——自旋的研究,带动了自旋电子学这一新兴学科的崛起。自旋电子学发展至今天,在对自旋流的产生、注入、操控等技术逐渐被掌握的同时,形形色色的基于自旋流工作的自旋电子学器件也在逐渐走入我们的生活。1988年,GMR效应的发现使磁记录技术得到了跨越式的发展,在过去的三十年间,传统磁记录硬盘的存储密度、读写速度的极限被不断刷新。2012年,希捷公司将存储密度提升到了1 Tb/inch2.在提高存储密度的同时,越来越多大矫顽力的磁性存储材料被应用到硬盘之中,传统的硬盘读头所产生的磁矩已经不足以使存储单元的磁化方向顺利翻转,因而无法完成正常的读写操作。面对传统磁记录硬盘发展的窘境,诸多新型的磁记录硬盘应运而生,微波辅助磁记录便是其中之一。微波辅助磁记录是利用高频辅助微波,借助微波场的能量使存储单元的磁矩能在较小的外加磁场下实现顺利翻转。为了在纳米尺寸的磁头上施加高频微波,基于磁性隧道结的纳米自旋微波振荡器这一自旋电子学器件被提出,其根本工作原理便是利用磁性隧道结中的STT效应,在不施加外磁场的前提下,使自由层的磁矩在被钉扎层极化的极化电流驱动下不断进动从而发射高频微波。本论文的工作之一,便是致力于利用微加工工艺制作用于自旋纳米微波振荡器的磁性隧道结。在本课题的工作中,我们基于CoFeB/MgO/CoFeB磁性隧道结,设计了新型的自旋纳米微波振荡器,并对其工作状态进行了模拟,观测到了可持续发射高频微波的状态；我们设计并完善了一整套微加工工艺,用于制作CoFeB/MgO/CoFeB磁性隧道结,并且在工艺中使用了Lift-Off特殊剥离工艺；经过对溅射条件的不断优化,我们最终成功制作出了CoFeB/MgO/CoFeB磁性隧道结,将中间层MgO的厚度降低至1 nm,并在其中一个结面积为10μm×10μm的磁性隧道结中,观测到了9%的TMR比值。随着自旋电子学的不断扩展,自旋霍尔磁电阻(SMR)、逆自旋霍尔效应(ISHE)、自旋塞贝克效应(SSE)、自旋泵浦效应(Spin Pumping)等逐渐成为了近几年科学家研究的热门课题。在进行相关研究的过程中,必不可少的需要用到一种铁磁绝缘、铁磁共振线宽窄、吉尔伯特阻尼系数小的材料,而YIG恰好可以同时满足这些需求,也是目前吉尔伯特阻尼系数最低的材料。Mingzhong.Wu带领的课题组在2014年,先后用PLD和磁控溅射仪生长出了铁磁共振线宽仅为6.9Oe左右的YIG单晶纳米薄膜,用磁控溅射仪生长的YIG晶体更是打破了现有的材料最低吉尔伯特阻尼系数的记录达到了(8.74±0.33)×10-5。限于国内YIG靶材的质量问题,以及生长技术的难度问题,国内很少有人可以利用磁控溅射仪成功生长出铁磁共振线宽窄、吉尔伯特阻尼系数低的YIG纳米薄膜。本论文的另外一项重要工作便是YIG溅射靶材的烧结与YIG单晶纳米薄膜的溅射生长。首先,与传统的固相反应烧结工艺不同,我们利用硝酸氧化烧结法这一独特的烧结方法,自主烧结出了尺寸为2 inch、单位质量饱和磁化强度为26.2 emu/g的高纯度YIG溅射靶材,XRD衍射图像显示该靶材的成分为YIG多晶。基于自主烧结的YIG靶材,我们利用磁控溅射的方式,在无需衬底加热、无需氧气反应溅射的生长条件下,成功的在(111)晶向的GGG衬底上,沉积出了同时具有在微波频率为9.7 GHz时低至11.66 Oe的铁磁共振线宽、微波频率为9.7 GHz时位于2751 Oe的铁磁共振共振场、高达1514.7 G的饱和磁化强度、低至|γ|=2.827 MHz/Oe的旋磁比、低至α=6.98×10-5的吉尔伯特阻尼、低至RMS=0.069 nm的表面粗糙度等各项高品质的单晶YIG纳米薄膜。