硅基非线性增强磁电阻效应研究及其在磁逻辑中的应用

发布时间：2024-11-07 12:32

　　材料中的磁电输运现象不仅包含了丰富的物理,而且在信息存储、磁传感器等领域也具有广泛的应用前景,是人们研究的热点课题。本论文中,我们以主流半导体硅为平台,研究了半导体非线性输运性质对磁电输运现象的增强效应,并利用这种增强效应设计了新型磁逻辑器件。本文首先研究了硅基二极管增强磁电阻现象的机理。我们采用二端电阻网络和四端电阻网络建立模型,分别对一维和二维结构的磁电阻器件进行分析。发现了实验中电阻态转变是由于二极管的非线性输运性质,磁场通过正常磁电阻效应和霍尔效应影响电阻转变点的电流值。在电阻转变区域内,磁电阻值可以得到增强。我们还研究了几何长宽比、非均匀性、电极对称性和二极管非线性对磁电阻性能的影响,并优化几何结构提升了器件磁电阻性能。进一步,为了提高磁电阻器件的低磁场性能,我们采用MgO/CoFeB/Ta垂直磁化薄膜体系中的反常霍尔效应替代硅中的正常霍尔效应,设计并实现了垂直磁化薄膜基二极管增强磁电阻器件。这种磁电阻器件结合了磁性材料磁电阻器件中低磁场和非磁性半导体磁电阻器件中高磁电阻的优点,可以在1 mT磁场下实现超过2×10～4%的巨大磁电阻值。随后,我们利用二极管增强磁电阻器件中的特殊...

【文章页数】：143 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

第1章引言霍尔效应[8-10]和它们的量子版本：整数量子霍尔效应[11]、分数量子霍尔效应[12]、量子反常霍尔效应[13-15]和量子自旋霍尔效应[16-19]等，其中物理学家VonKlitzing因为整数量子霍尔效应的发现获得1985年诺贝尔物理学奖，物理学家....

图1.2正常霍尔效应示意图。如果采用如图1.2的测量方法，在x方向通电流，测量y方向两侧的电压。当长度L远大于宽度W，那么测量得到的横向电压为霍尔电压：HzxBIVnqd（1-3）其中d表示样品厚度，进一步可以定义霍尔系数为RH=VHd/(IxB....

第1章引言可以计算不同载流子的电导率i和迁移率μi，进而计算载流子的浓度。1.2.2反常霍尔效应在磁性材料中，横向电阻的来源除了洛伦兹力造成载流子偏转外，还存在与材料垂直方向的磁化强度相关的量，其霍尔电阻可以表示为[24]：AxyHzH0zRBR....

主要存在三种机制（如图1.4）：（1）本征机制。Niu等[30,31]提出基于贝里相位（BerryPhase）的本征机制，即材料的能带结构本身导致反常霍尔效应的发生。在外加电场的帮助下，贝里相曲率能发挥类似磁场的作用而赋予载流子横向的速度，横向速度大小与贝里相曲率相关。对于....

本文编号：4011626