[發明專利]一種單層二硫化鉬能谷協調的單極型自旋二極管

有效

• 申請號: 201911029141.5
• 申請日: 2019-10-28
• 公開（公告）號: CN110854190B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發明（設計）人: 翟學超;劉永強;聞睿
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H01L29/66
• 分類號: H01L29/66
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

本發明公開了自旋電子學元器件技術領域的一種單層二硫化鉬能谷協調的單極型自旋二極管，旨在解決現有技術中的微電子產業受制于器件功耗增大和制造成本增加，導致其集成度遭遇瓶頸的技術問題。所述自旋二極管包括由摻雜半導體材料與襯底材料融合形成的第一異質結和第二異質結，第一異質結與第二異質結相接觸構成PN結，融合形成第一異質結或/和第二異質結的襯底材料為鐵磁絕緣體，所述半導體為單層二硫化鉬。

技術領域

本發明涉及一種單層二硫化鉬能谷協調的單極型自旋二極管，屬于自旋電子學元器件技術領域。

背景技術

電荷與自旋是電子的兩個內稟屬性。19世紀以來，人類開始調控電子的電荷屬性，發展了以半導體為基礎的微電子學，奠定了第三次產業革命的基礎。但是，現行模式下微電子工業的發展，必然受到量子效應的局限。受制于器件功耗增大和制造成本增加，當下微電子產業的集成度開始遭遇瓶頸。

自旋電子學是最有希望在5納米以下技術節點取代傳統半導體晶體管的技術。自旋是信息器件的有效載體，已在巨磁阻和隧穿磁阻裝置中獲得技術應用。自旋二極管是自旋電子學器件中用來處理自旋信息的最簡結構和基礎元器件，如果該器件能夠在技術性能上取得突破，將有利于解決當下微電子產業集成度受限、器件能耗大等一系列問題。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種單層二硫化鉬能谷協調的單極型自旋二極管，以解決現有技術中的微電子產業受制于器件功耗增大和制造成本增加，導致其集成度遭遇瓶頸的技術問題。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：

一種單層二硫化鉬能谷協調的單極型自旋二極管，包括由摻雜半導體材料與襯底材料融合形成的第一異質結和第二異質結，第一異質結與第二異質結相接觸構成PN結，融合形成第一異質結或/和第二異質結的襯底材料為鐵磁絕緣體，所述半導體為單層二硫化鉬。

優選地，所述鐵磁絕緣體包括憶鐵石榴石鐵氧體或三碘化鉻。

優選地，所述第一異質結由摻N型半導體材料與襯底材料融合形成，所述第二異質結由摻P型半導體材料與襯底材料融合形成。

優選地，第一異質結中N型半導體的摻雜濃度為0.73～0.93eV，第二異質結中P型半導體的摻雜濃度為－0.93～－0.73eV，e為電子電荷。

優選地，所述鐵磁絕緣體誘導產生的鐵磁交換場為正向。

優選地，所述單極型自旋二極管的導帶能區為[Δ－λ_F，Δ+λ_F]，式中，Δ為所述單層二硫化鉬的能隙的一半，λ_F為所述鐵磁絕緣體誘導產生的鐵磁交換場。

優選地，所述單極型自旋二極管的價帶能區為[－Δ+2λ_so－λ_F，－Δ+2λ_so+λ_F]，式中，Δ為所述單層二硫化鉬的能隙的一半，λ_F為所述鐵磁絕緣體誘導產生的鐵磁交換場，λ_so為所述單層二硫化鉬的自旋軌道耦合強度。

優選地，所述鐵磁絕緣體誘導產生的鐵磁交換場為反向。

與現有技術相比，本發明所達到的有益效果：本發明自旋二極管，融合了單層二硫化鉬材料的二維結構超薄特性，具有可集成度高、載流子濃度易調節等優點，可提高集成電路數據處理速度；所參與單向輸運的是完全自旋和能谷極化的電流，根據已有實驗和理論結果估計，其弛豫時間比傳統半導體材料更長(約1-10ns)，能耗上低于傳統微電子學二極管，有望解決當下微電子產業集成度受限、器件能耗大的技術問題。

附圖說明

圖1是本發明實施例結構示意圖；

圖2是本發明實施例中能谷和自旋匹配隧穿機制示意圖；