博士学位论文 - Prof. Dr. Ming-Wei Wu - 中国科学技术大学
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型 [39]。<br />
1.2.3 热电子自旋晶体管<br />
第一章 研究背景介绍<br />
图 1-6: 文献 [46]提出的自旋晶体管模型的能带示意图,发射极偏压为 VE,飘移偏压为 Vb,集<br />
电极电流为 IC。<br />
早期自旋晶体管所普遍采用的将自旋从铁磁材料注入半导体的方法的实际效率<br />
通常是很低的,这是因为铁磁与半导体之间的接触存在固有电导率失配 (conductivity<br />
mismatch) [93](详见1.3.1节)。这个问题可以通过让铁磁中弹道输运的热电子 (hot elec-<br />
tron) 穿过肖特基势垒的方法来解决 [79],人们提出了很多利用热电子注入的自旋晶体<br />
管模型 [44–55, 77, 78]。图1-6就给出了文献 [46]提出的一种模型的示意图,发射极是非磁<br />
性金属,集电极是非磁性的半导体,而基极则是由多层的铁磁自旋阀结构组成,即两层<br />
铁磁金属中间夹一段半导体通道(例如 Si ),在半导体通道两侧与铁磁接触的地方都会产<br />
生肖特基势垒。首先由发射极提供的初始无极化的电子在偏压 VE 的驱使下通过一个隧<br />
道结(例如 Al2O3),与铁磁体 FM1 相反的自旋将会被滤去,于是通过 FM1 与半导体材<br />
料之间的肖特基势垒的热电子将是自旋极化的。经过半导体材料中的飘移和扩散后,热<br />
电子再次通过半导体与 FM2 之间的肖特基势垒进入起检测作用的 FM2,与 FM2 相反<br />
的自旋也会被滤去,最后得到集电极电流 IC。如果加上平行于电子运动方向的磁场 3○ ,<br />
电子在半导体内的飘移扩散过程中就会围绕该磁场产生进动,这样就可以控制电子到<br />
达 FM2 时的极化方向,从而实现晶体管的开关操作。此外 Huang 等人还进一步研究了<br />
该硅基器件中的自旋弛豫 [78]和自旋输运 [77]。<br />
3○ 大小不至于使铁磁磁化方向发生改变<br />
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