[實用新型]一種電可控的二維自旋電子器件陣列

有效

• 申請號: 201920997049.7
• 申請日: 2019-06-28
• 公開（公告）號: CN210866183U
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發明（設計）人: 吳雅蘋;唐唯卿;吳志明;康俊勇
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: H01L29/66
• 分類號: H01L29/66
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭;張迪

本實用新型公開一種電可控的二維自旋電子器件陣列，包括半導體基片、設置于基片下表面的光柵結構的背柵電極，層疊設置在基片上表面的介電層、過渡金屬硫化物二維材料/鐵磁金屬納米團簇異質結構、設置于過渡金屬硫化物二維材料上表面兩側的兩列電極對、BN二維材料鈍化層，所述兩列電極對由置于過渡金屬硫化物二維材料上表面兩側的若干對位置一一對應的電極對等間距排列構成；所述自旋電子器件陣列可通過施加背柵電壓對過渡金屬硫化物二維材料/鐵磁金屬納米團簇異質結構進行靜電摻雜，由此調控異質結構的磁各向異性及費米能級附近電子態的自旋極化方向，從而在電極對之間電壓的作用下產生極化方向獨立可控的自旋電流。

技術領域

本實用新型涉及一種自旋電子器件陣列，尤其是一種電可控的二維自旋電子器件陣列。

背景技術

自旋電子學器件通過電子的自旋來進行信息的傳遞、處理與存儲，與傳統的半導體器件相比，有著非易失性，高數據處理速度，低能量消耗和高集成密度等優點，從而給現有的電子業帶來革命性的變化。近年來，半導體自旋電子器件的研制在世界發達國家受到高度重視，許多國際著名科研機構和大公司研發部門都投入了大量的人力和物力，在半導體器件結構中自旋極化的產生、注入、傳輸、操作和檢測等方面研究均取得了十分重要的進展。實現自旋電子學的應用，關鍵性問題就是用電場來調控載流子的自旋取向。目前，半導體自旋電子器件中自旋極化載流子的產生方法主要有以下幾種：(1)一利用圓偏振的激光來激發，在原本無自旋極化的半導體中激發出自旋不均衡的載流子，然而該方法室溫極化率往往較低且難以實現器件集成；(2)將已自旋極化的載流子從一種材料(如鐵磁金屬、磁性半導體或者半金屬)注入到半導體材料中，然而要求在器件中的自旋散射較小，并有足夠長的馳豫時間和高的遷移率；(3) 利用稀磁半導體在磁場下的巨塞曼分裂效應，但其居里溫度通常不能達到室溫以上，難以實現實際應用。因而目前的自旋電子器件，仍存在室溫自旋極化率不高、不易控制、不易集成、兼容性差等問題。

實用新型內容

本實用新型鑒于自旋電子器件的設計需求，提出一種基于過渡金屬硫化物二維材料/鐵磁金屬納米團簇異質結構的電可控的二維自旋電子器件陣列；該器件具有極化率電可調的自旋電子器件，可解決室溫自旋極化率不高、不易控制、不易集成、兼容性差等問題。

為了解決上述的技術問題，本實用新型提供了一種電可控的二維自旋電子器件陣列，包括半導體基片、設置于基片下表面的光柵結構的背柵電極，層疊設置在基片上表面的介電層、過渡金屬硫化物二維材料/鐵磁金屬納米團簇異質結構，設置于過渡金屬硫化物二維材料上表面沿著寬度方向兩側的兩列電極對、設置于過渡金屬硫化物二維材料上表面的BN二維材料鈍化層；所述兩列電極對由置于過渡金屬硫化物二維材料上表面沿著寬度方向兩側的若干對位置一一對應的電極對等間距排列構成；

所述自旋電子器件陣列通過施加背柵電壓對過渡金屬硫化物二維材料/鐵磁金屬納米團簇異質結構進行靜電摻雜，由此調控異質結構的磁各向異性及費米能級附近電子態的自旋極化方向，從而在電極對之間電壓的作用下產生極化方向獨立可控的自旋電流。

在一較佳實施例中：所述半導體基片采用n型或p型摻雜的硅、鍺，n型或 p型摻雜的Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體，n型或p型摻雜的Ⅱ-Ⅵ族化合物中的一種。

在一較佳實施例中：所述介電層采用氧化鋁、氧化鎂、二氧化鉿、二氧化鈦、六方氮化硼中的一種或幾種的組合，其厚度為50～1000μm.

在一較佳實施例中：所述過渡金屬硫化物二維材料化學式為MX₂，其中M＝Mo 或W，X＝S或Se。

在一較佳實施例中：所述過渡金屬硫化物二維材料的厚度d₁滿足范圍0 d₁50nm。

在一較佳實施例中：所述鐵磁金屬納米團簇為由鐵磁金屬材料構成的納米顆粒狀非周期性團簇結構或周期性團簇陣列結構中的一種。