[發明專利]一種利用分立器件構成的整流磁電阻器件及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 201610989374.X
• 申請日: 2016-11-10
• 公開（公告）號: CN106783831A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 田玉峰;劉其瑋;張昆;黃啟坤;王靜;代由勇;顏世申
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H01L25/16
• 分類號: H01L25/16;H01L21/50;G06F17/50
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司37219
• 代理人: 呂利敏

技術領域

本發明涉及一種利用分立器件構成的的整流磁電阻器件及其制備方法與應用，屬于磁電控制技術領域。

背景技術

所謂磁電阻效應，是指材料或器件的電阻率隨外加磁場的變化而變化的現象。磁電阻效應通常被應用于磁傳感器和磁讀出頭領域。目前常見的磁電阻效應包括各向異性磁電阻、巨磁電阻效應、隧穿磁電阻效應、龐磁阻效應、反常磁電阻效應等。2015年山東大學自旋電子學課題組在Al/Ge肖特基結中成功發現了整流磁電阻效應，并申請了專利，不同于之前提到的磁電阻類型，整流磁電阻指的是輸入一個純的正弦交流電流，測量整流后的直流電壓，整流電壓隨著磁場變化的現象就是整流磁電阻。實現了室溫下200％的磁電阻比值，與此同時其直流磁電阻只有80％。整流磁電阻效應正是整流效應和磁電阻效應協同作用的結果。并且，通過在具有整流磁電阻效應的器件兩端同時加直流和交流電流能夠實現整流磁電阻的調控，從而獲得巨大的磁電阻比值。

然而目前為止，整流磁電阻以及其電調控只能存在于同時具有整流效應和磁電阻效應的器件中，例如，我們可以觀測到整流磁電阻效應在非對稱勢壘的磁隧道結中或者具有磁電阻效應的PN結或肖特基結中發現。由于缺少整流效應，單純具有磁電阻效應的器件是無法實現整流磁電阻的。這極大的限制了整流磁電阻的應用范圍。鑒于以上情況，我們在單純磁電阻器件基礎上，通過并聯商用二極管構建的復合器件實現了整流磁電阻。該方法可以被廣泛應用于所有磁電阻效應，并能夠同當今的半導體工藝相結合，在磁傳感器以及磁電調控領域有極大的應用前景。

發明內容

針對現有技術不足，本發明提供一種利用分立器件構成的整流磁電阻器件。本發明利用二極管整流效應和單純具有磁電阻效應的器件共同作用，來實現整流磁電阻效應。

本發明還提供一種上述整流磁電阻器件的制備方法。

本發明還提供一種基于上述整流磁電阻器件建立數學理論模型的方法。該方法利用各器件的電學特性及其工作原理建立的理論數學模型來仿真器件的電輸運特性。

本發明的技術方案如下：

一種利用分立器件構成的整流磁電阻器件，包括磁電阻器件、與所述磁電阻器件并聯的整流器件。本發明通過將整流器件和磁電阻器件并聯，將整流效應和磁電阻效應有機的結合在一起，從而實現了整流電壓隨外磁場的變化而變化，即實現了整流磁電阻效應。

根據本發明優選的，所述磁電阻器件為巨磁電阻、各向異性磁電阻、龐磁阻，隧穿磁電阻或非磁性半導體中的奇異磁電阻。

根據本發明優選的，所述整流器件為二極管。

根據本發明優選的，所述二極管為肖特基二極管或PN結二極管。

一種上述整流磁電阻器件的制備方法，包括：

1)選擇磁電阻器件；所述磁電阻器件由于不具備整流效應，故所述選擇的磁電阻器件只能觀測到傳統的直流磁電阻，測量不到整流磁電阻；在本專利中，所有磁電阻器件的磁電阻效應均被定義為：MR＝(V(H)-V(0))/V(H)，其中V(H)為外磁場H下的直流電壓，V(0)為沒有外磁場下的直流電壓；

2)在所述磁電阻器件的兩端并聯整流器件，形成整流磁電阻器件。

根據本發明優選的，所述整流器件為二極管；優選的所述二極管為肖特基二極管或PN結二極管。本發明只要求其具有整流效應即可，對具體的二極管型號無要求。

根據本發明優選的，按照上述制備方法得到的整流磁電阻器件，其磁電阻比值的調制方法如下：

同時在所述整流磁電阻器件的兩端加載直流和交流電流，進而調控整流磁電阻器件的磁電阻比值至最大。

一種基于上述整流磁電阻器件建立數學理論模型的方法，包括步驟如下：

1)根據磁電阻器件的具體材料或結構寫出磁電阻器件的電流-電壓關系式，

I_M(t)＝f(V(t))(1)

通常情況下磁電阻材料的iv曲線符合歐姆定律：I_M(t)＝G(H)·V(t)

2)利用肖克萊公式擬合整流器件的電輸運性質：

I_D(t)＝I_s(e^αV(t)-1)，(2)

式2中,α與空間電荷區的分布相關；I_s代表了反向飽和電流的大小；I_D代表了通過二極管的電流；

3)所述磁電阻器件和整流器件并聯后所形成整流磁電阻器件的電輸運性質表述為