pn结磁阻效应的研究

发布时间：2020-04-27 10:05

【摘要】：目前对于pn结磁阻效应的研究过多地注重实验观测,对该效应的发生机理缺乏系统的解释,同时关于pn结磁阻效应的影响因素也缺乏全面的分析和总结。本论文认为外加磁场下pn结中的载流子因为受到洛伦兹力的偏转而发生了再分布,载流子的再分布又导致pn结空间电荷区的几何形状发生变化,进一步造成了pn结的电流-电压特性发生变化,出现磁阻效应。以此为出发点,本文建立了外加磁场下pn结中性区载流子浓度和空间电荷区几何形状的计算模型,分析了磁场的散射作用对载流子迁移率的贡献,详述了pn结磁阻效应的发生机理。此外,本文还探究了掺杂浓度、宽长比和温度等因素对pn结磁阻效应的影响。本论文得出了pin结的电流-电压特性随着i区宽度的变化表现出非单调的变化规律,并且建立了pin结电流-电压特性的计算模型,进而给出了该非单调变化规律的理论解释,指出该现象是因为复合和扩散导致i区边界处过剩载流子浓度的非均匀分布所造成,同时详细阐述了pin结的掺杂浓度比和载流子寿命对非单调特性的影响。总之,论文进一步完善了pn结磁阻效应的理论模型,更加详细地说明了外加磁场下pn结电输运特性的变化;同时,分析了掺杂浓度、宽长比和温度对pn结磁阻效应的影响。另外,pin结的电流随i区宽度的非单调变化规律的发现也更加丰富了pin结i区宽度和电流-电压特性关系的研究。
【图文】：

曲线,Fe-V合金,磁阻,组分

图 1.1 （a）不同温度时，Fe-V 合金的磁阻随 V 组分的变化曲线[48]；（b）不同合金材料的磁阻变化曲线[49]；（c）20K 时，Ni 合金的磁阻变化曲线[46]料磁阻最高可以达到 20%以上，如图 1.1（b）所示。V. Elst 也在低温 20K 的条件下观测到 Ni 合金材料的磁阻最高也只达到 20%[46]，如图 1.1（c）所示。这说明这一阶段对各向异性磁阻效应的研究主要基于块状的磁性材料和合金材料，并且这些材料的磁阻效应都很微弱，常温下只有 3%[48]左右或者更低。对于磁性材料的各向异性磁阻效应，Smit 提出了顺向效应[49]（OrientationEffect），也称为各向异性效应[48]（Anistropic Effect），他认为因为磁性材料在磁场中被磁化，所以样品的纵向电阻率和横向电阻率发生了各向异性的变化，外加磁场后样品的电阻率可表示为：( )2 2//ρ θ ρ cos θ ρ sinθ⊥= + （1-3）式中的ρ(θ)是外加磁场后样品的电阻率，ρ//是磁化方向和电流平行的电阻率，ρ⊥是磁化方向和电流方向垂直的电阻率，θ是磁化强度和样品电流的夹角。之后，Bozorth 在实验中用 Fe-Ni 合金测试了横向电阻率 ρ和纵向电阻率 ρ[45]

变化曲线,磁阻,多层膜结构,变化曲线

兰州大学硕士研究生学位论文 pn 结磁阻效应的研究Epitaxy，MBE）法制备了纳米量级的 Fe/Cr 多层膜结构，发现该结构的电阻率随着材料磁化强度的改变而发生了显著的变化[2]，4.2K 时，60 层的 Fe3nm/Cr0.9nm多层膜磁阻可以达到 50%。图 1.2（a）是 4.2K 时不同层数和不同膜厚的磁阻变化曲线。1989 年 Grünberg 教授的研究小组利用 Fe/Cr 三层膜结构发现常温下Fe12nm/Cr1nm 磁阻可以达到 1.5%[3]，相比 Fe 的磁阻提高了一个数量级，在低温 5K 时，，Fe8nm/Cr1nm 三层膜结构的磁阻可以达到 10%，图 1.2（b）是常温下Fe/Cr 三层膜结构和厚度 250 的 Fe 薄膜磁阻大小的对比，（c）是样品的结构示意图。这一领域的新发现将磁阻效应的研究推向了新的高度，大量的研究者将目
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O475

【参考文献】