稀磁半導(dǎo)體(Zn,Co)O中的柵極電壓調(diào)控自旋輸運特性研究.pdf

1、電子同時具有自旋和電荷兩種屬性，而傳統(tǒng)微電子學(xué)器件的功能設(shè)計主要基于電荷，忽略了電子的自旋自由度。利用電子的自旋屬性，有可能獲得操控更方便、處理速度更快、更強大的新一代微電子器件。例如，利用電子的自旋屬性可實現(xiàn)退相干時間長、能耗更低等優(yōu)點。因此，研究和發(fā)展自旋電子學(xué)材料及自旋相關(guān)器件，不僅在過去也是今后相當(dāng)長時間內(nèi)的國際研究熱點和重要領(lǐng)域之一。
　　從材料體系的角度，磁性半導(dǎo)體材料同時具有半導(dǎo)體材料和磁性材料的性質(zhì)。目前磁性半導(dǎo)體

2、中最典型的為Mn摻GaAs，但是它的居里溫度(180K)遠遠低于室溫，制約著其在自旋電子學(xué)中的應(yīng)用。所以，尋找一種居里溫度高于室溫的材料成為自旋電子學(xué)研究的目標(biāo)之一。理論計算和大量的實驗工作表明，ZnO、TiO2等氧化物磁性半導(dǎo)體的居里溫度高于300K。
　　從器件應(yīng)用的角度，傳統(tǒng)電子學(xué)器件的工作是基于Si等半導(dǎo)體的電子輸運特性，體現(xiàn)的是半導(dǎo)體中電子的電荷自由度。而自旋電子學(xué)器件，包括巨磁電阻磁頭和磁性存儲器件，不但涉及電子電荷特

3、性，還需要操控電子的自旋自由度。這對自旋電子學(xué)器件提出了更高集成度和更加快速的要求，而利用電場對于材料磁性的調(diào)控是實現(xiàn)這種要求的方法之一。在這篇文章中，我們將研究外加?xùn)艠O電壓對于Co摻雜ZnO磁性半導(dǎo)體中的自旋相關(guān)輸運特性調(diào)控，包括電場調(diào)控的電阻變化和反常霍爾效應(yīng)。對于實現(xiàn)下一代的新型自旋電子學(xué)器件具有重要的應(yīng)用價值。論文的主要內(nèi)容如下:
　　1.我們利用分子束外延的方法在Al2O3(0001)襯底上生長具有單晶結(jié)構(gòu)的Co摻ZnO