Delta-摻雜磁半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)中電子自旋過濾性質(zhì)研究.pdf

1、自旋電子學(xué)研究如何利用半導(dǎo)體中的電子的自旋來存儲和傳遞信息，并結(jié)合半導(dǎo)體微電子工藝開發(fā)新一代自旋電子器件。由于基于電荷的傳統(tǒng)電子學(xué)達(dá)到了物理極限，自旋電子器件的開發(fā)就顯得特別重要，而且，與現(xiàn)有的電子器件比較，自旋電子器件具有更快的數(shù)據(jù)處理速度、更大的存儲容量、更高的集成度和更低的功耗。但是，自旋電子器件的實(shí)現(xiàn)依賴于半導(dǎo)體材料的自旋注入，因此，研究半導(dǎo)體材料中電子的自旋極化及其控制是半導(dǎo)體自旋電子學(xué)的一個(gè)重要研究方向。迄今為止，許多有效的

2、實(shí)現(xiàn)自旋注入的方法已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)上和理論上提出來了，其中利用半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)對電子自旋的過濾作用來實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體材料中電子的自旋極化與操控特別引人注目。
　　本學(xué)位論文選取一類重要的半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)---磁半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)作為研究對象，通過δ-摻雜技術(shù)，從結(jié)構(gòu)上探索典型磁半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)中電子的自旋過濾性質(zhì)及其調(diào)控，期望能為自旋電子學(xué)的應(yīng)用設(shè)計(jì)、開發(fā)一類新的結(jié)構(gòu)可控的電子自旋極化源。整篇論文分為四章。第一章為緒論，簡要地介紹了自旋電子學(xué)、半導(dǎo)體材

3、料中電子自旋極化與調(diào)控、磁半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)與電子自旋極化的實(shí)現(xiàn)、以及本學(xué)位論文的研究內(nèi)容。
　　在第二章，我們運(yùn)用理論分析與數(shù)值計(jì)算相結(jié)合的方法，研究電子通過δ-摻雜磁壘半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)中的自旋輸運(yùn)。在實(shí)驗(yàn)上，這個(gè)自旋過濾器可通過在半導(dǎo)體InAs異質(zhì)結(jié)的表面平行地淀積兩個(gè)具有水平磁化方向的納米磁條，以及使用原子層摻雜技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。理論分析表明，由于自旋電子的有效勢依賴于δ-摻雜，因此自旋電子的透射和電導(dǎo)均受到該摻雜的影響。借助于轉(zhuǎn)移矩陣

4、技術(shù)自旋電子的運(yùn)動方程被嚴(yán)格求解，并通過熟知的Landaur-Büttiker理論數(shù)值計(jì)算了其電導(dǎo)及其自旋極化，結(jié)果顯示，半導(dǎo)體中的電子自旋極化的大小和符號均可通過改變δ-摻雜的權(quán)重和/或位置進(jìn)行調(diào)控。因此，這樣一個(gè)磁半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)可用作自旋電子學(xué)應(yīng)用中的可控自旋過濾器。
　　第三章報(bào)道了δ-摻雜磁電壘半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)中的電子自旋極化輸運(yùn)。同樣地，δ-摻雜也可利用原子層摻雜技術(shù)在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)，但是磁電壘則需要在半導(dǎo)體InAs異質(zhì)結(jié)的上

5、、下表面沉積兩個(gè)具有水平磁化強(qiáng)度并被施加了直流電壓的不對稱磁條產(chǎn)生。由于系統(tǒng)中的磁壘具有不同的磁感應(yīng)強(qiáng)度打破了內(nèi)稟對稱性，致使電子的傳輸與其自旋密切有關(guān)；由于δ-摻雜，自旋電子的傳輸又敏感于該摻雜。計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過調(diào)節(jié)δ-摻雜的位置和/或權(quán)重可方便地調(diào)控電子的自旋極化度。因此，這個(gè)磁半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)也可用作可控的自旋過濾器，其有助于為自旋電子學(xué)的應(yīng)用開發(fā)新的自旋極化源。
　　最后，在第四章我們簡短地總結(jié)了全文的研究背景、意義、內(nèi)容