半導體pn結(jié)磁電阻效應的研究.pdf

1、根據(jù)摩爾定律的預測，半導體電子器件的集成度將逐漸達到其基礎(chǔ)極限，傳統(tǒng)半導體的性能很難進一步得到提升。而實現(xiàn)傳統(tǒng)半導體大的磁電阻效應不僅僅可以賦予傳統(tǒng)半導體器件新的應用價值，而且還能夠給予半導體磁電子學新的研究思路。到目前為止，在窄禁帶的銀硫族化合物，銻化銦，以及碲化鎢中，還有傳統(tǒng)半導體砷化鎵，鍺以及硅等半導體材料中都報道了磁場對電輸運行為明顯的調(diào)制作用，即產(chǎn)生一個大且不飽和的磁電阻效應。但是，對于半導體器件的核心部件pn結(jié)的磁電阻效應研

2、究仍然缺乏，這顯然不利于半導體磁電子器件的進一步發(fā)展和應用。因此，我們以半導體硅和砷化鎵為材料，通過離子注入技術(shù)與磁控濺射技術(shù)制備了pn結(jié)二極管與肖特基二極管，并且從理論和實驗兩方面系統(tǒng)研究了pn結(jié)的磁電阻效應，具體如下：
　　1.我們從傳統(tǒng)單pn結(jié)輸運方程出發(fā)，在考慮磁場作用的情況下，發(fā)現(xiàn)pn結(jié)的空間電荷區(qū)構(gòu)型會受到外磁場的調(diào)制，這會導致其輸運行為隨外加磁場有很大的改變。由計算所得，當磁場達到3T時，室溫下磁電阻可以達到20％。

3、這表明傳統(tǒng)的pn結(jié)二極管有望成為一種受電場和磁場相互耦合作用的多功能器件。我們的考慮隨后被實驗進一步證實。
　　2.通過光刻和離子注入的方法，我們在砷化鎵襯底上制備了周期pn結(jié)點陣器件。在80-430K的溫度范圍內(nèi)，該器件的開路光電壓隨磁場在0-1500Oe的范圍內(nèi)線性變化。相比于沒有點陣的砷化鎵器件，周期點陣砷化鎵器件的磁靈敏度在室溫下有了近一百倍的提升，可以達到74μV/Oe。通過改變溫度與點陣間距，我們認為磁光電效應的增強來

4、源于周期pn結(jié)點陣的耦合。
　　3.通過磁控濺射技術(shù)我們制備了Si/N i80Fe20薄膜的肖特基二極管并且研究了其各向異性磁塞貝克效應(AMS)。利用激光對樣品進行局域加熱來產(chǎn)生一個橫向的溫度梯度，進而在相鄰電極之間產(chǎn)生了一個熱電勢。當Ni80Fe20的磁矩方向從垂直于溫度梯度轉(zhuǎn)動到平行于溫度梯度的過程中，熱電勢發(fā)生了1.2μV的變化，據(jù)此計算得到的各向異性磁塞貝克數(shù)值等于0.606%，這個數(shù)值與各向異性磁電阻效應(AMR=0.