软击穿对压控磁各向异性磁隧道结及其读电路性能影响

为了解决软击穿导致的压控磁各向异性磁隧道结(voltage-controlled magnetic anisotropy magnetic tunnel junction,VCMA-MTJ)及其读电路性能下降的问题,在对VCMA-MTJ软击穿机理深入分析的基础上,修正了VCMA-MTJ的电学模型,设计了一种具有固定参考电阻的VCMA-MTJ读电路和一种具有参考电阻调控单元的VCMA-MTJ读电路,研究了软击穿对VCMA-MTJ电阻R_(t)、隧穿磁阻比率M、软击穿时间T_(s)以及VCMA-MTJ读电路读错误率的影响。结果表明:软击穿的出现会导致R_(t)和M均随应力时间t的增加而降低,T_(s)随氧化层厚度t_(ox)的增大而缓慢增加,却随脉冲电压V_(b)的增大而迅速减少,与反平行态相比,平行态的T_(s)更短且M降低50%所需时间更少;具有固定参考电阻的VCMA-MTJ读电路可有效避免读“0”错误率的产生,但读“1”错误率却随t的增加而上升,而具有参考电阻调控单元的VCMA-MTJ读电路可在保持读“0”正确率的同时,对读“1”错误率改善达54%,在一定程度上削弱了软击穿对VCMA-MTJ读电路的影响。

Ⅲ-Ⅴ多结太阳电池隧道结模型的研究进展

强调了隧道结模型在Ⅲ-Ⅴ多结太阳电池(MJSC)分析和模拟仿真中的重要性。介绍了隧道结的基本概念,并根据重要性程度,对隧道结主要的几种隧穿机制以及每种隧穿机制对隧道结J-V特性的影响进行了阐述。回顾了近年来Ⅲ-Ⅴ多结太阳电池隧道结模型的研究进展,详细分析了4种最有代表性、最常用的隧道结模型:等效电阻隧道结模型、短路隧道结模型、分布电路隧道结模型和数值仿真隧道结模型,包括这4种模型各自的优缺点、建模机理和适用范围以及目前存在的问题和潜在的可优化点。同时,对多结太阳电池隧道结结构和模型的发展趋势进行了展望。

氮极性AlGaN基隧道结深紫外LED

针对AlGaN(Aluminum Gallium Nitride)基深紫外LED(Light Emitting Diode)发光效率低、工作偏压较大的问题,设计了一种带有n^(+)-GaN/Al_(0.4)Ga_(0.6)N/p^(+)-GaN隧道结的氮极性AlGaN基深紫外LED器件结构。该结构由n-Al_(0.65)Ga_(0.35)N电子提供层、 Al_(0.65)Ga_(0.35)N/Al_(0.5)Ga_(0.5)N多量子阱、组分渐变p-Al_(x)Ga_(1-x)N和n^(+)-GaN/Al_(0.4)Ga_(0.6)N/p^(+)-GaN隧道结构成。研究结果表明,相比于无隧道结的参考LED,隧道结LED具有更高的内量子效率和光输出功率,同时其具有更低的开启电压。隧道结LED光电特性的改善,归因于隧道结的引入提升了LED的空穴注入效率,提高了LED器件的电流扩展能力。通过模拟软件对半导体器件载流子输运、光电特性的模拟,有助于加深对半导体器件物理特性的理解。若在“半导体器件物理”学习课程加入对半导体器件模拟软件的学习,能有效提升学生对半导体器件物理知识的理解和探索。

磁隧道结器件频率响应特性有限元仿真方法

磁隧道结(MTJ)器件是隧道磁电阻传感器的核心结构,其频率响应特性关乎传感器的性能。本文提出了一种“隧道结电路模型+分布式寄生电容”的MTJ器件频率响应特性有限元仿真方法,并对桥式结构MTJ器件进行了实验测试与仿真对比分析,验证了该仿真方法的有效性。基于所提方法,针对电极尺寸对器件频响特性的影响进行了系统仿真,验证了利用该方法进行优化设计的可行性。相关研究对MTJ器件的设计具有重要指导意义。

γ-石墨炔基分子磁隧道结的输运性能

对γ-石墨炔进行剪切可以得到零维γ-石墨炔纳米点(γ-GYND),采用密度泛函理论和非平衡格林函数相结合的方法,利用γ-石墨炔纳米点和锯齿型石墨烯纳米带理论设计了三种连接方式的分子磁隧道结(MMTJ),并研究了这三种磁隧道结的输运性能。研究结果表明,γ-石墨炔纳米点和锯齿型石墨烯纳米带连接方式不同,所构建的几种分子磁隧道结输运性能不同,即随着电压的增加,三种分子磁隧道结中电流的变化趋势不同,虽然都观察到了明显的自旋过滤效应和巨磁阻效应,但自旋极化率和隧穿磁阻不同,其中隧穿磁阻最大可达10^(9)%量级,这一数值远高于传统磁隧道结,实验上这一数值只有18%。以上结果表明,γ-石墨炔纳米点和锯齿型石墨烯纳米带所组成的磁隧道结可以应用于自旋电子器件,也可用于通过改变电压或磁场信号得到相应的电流从而起到信息传递作用的分子传感器。

基于反铁磁的无外场辅助自旋轨道矩磁隧道结模型分析

自旋轨道转矩(spin-orbit torque,SOT)为超低功耗自旋电子器件提供新的实现方法,在反铁磁材料体系中面内交换偏置场可辅助SOT磁化翻转,同时利用电压调控磁各向异性(voltage-controlled magnetic anisotropy,VCMA)能有效降低翻转势垒,从而实现无外场辅助的磁隧道结.本文通过求解修正LandauLifshitz-Gilbert(LLG)方程,建立反铁磁/铁磁/氧化物构成的无外场辅助自旋轨道矩的磁隧道结模型,并对其磁化动力学过程进行分析.以IrMn/CoFeB/MgO材料体系为例,揭示了影响磁化翻转的因素,包括交换偏置(exchange bias,EB)效应对临界翻转电流ISOT的影响,VCMA效应和SOT类场转矩的影响机制;分析了实际应用中磁隧道结制作工艺偏差的影响.结果表明:EB效应与VCMA效应共同作用能极大降低临界翻转电流ISOT,从而实现完全无场开关切换;SOT类场转矩对磁化翻转起主导作用,且一定条件下可实现器件在ps量级的无场翻转;以及当氧化层厚度偏差γtf?10%或自由层厚度偏差γtox?13%时MTJ能实现有效切换.基于反铁磁的无场辅助自旋轨道矩器件将为新一代超低功耗、超高速度和超高集成度器件和电路提供极具前景的解决方案.

增强金属—氧化物—金属隧道结的光发射

本文报道通过改进制作工艺将Ａ１－Ａ１２Ｏ３－Ａｕ隧道结的耐压增加到５．３Ｖ，发光外量子效率增加到８．２×１×１０－４，均高过迄今见到的关于该类结的最高耐压和最高效率的报道．我们观测到了该发光结上的Ａｕ膜厚度对发射光谱形状的影响，并对此作出了解释；还对该光谱中的截止频率和峰值的存在给出了理论解释．

多隧道结单电子动态存储器的Monte Carlo模拟

本文采用MonteCarlo方法模拟了多隧道结单电子动态存储器的存储特性 ,考察了隧道结的个数、隧道结电容、隧道结电阻、脉冲电压幅度等参数对存储器的存储时间和饱和充电电荷的影响 。

MIM 与 MIS 隧道结的结构特点及其发光效应

对ＭＩＭ（ＭｅｔａｌＩｎｓｕｌａｔｏｒＭｅｔａｌ）及ＭＩＳ（ＭｅｔａｌＩｎｓｕｌａｔｏｒＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）隧道结的结构特点作了简单介绍，着重分析了其发光效应及发光光谱特性，并由此对隧道结的发光机理进行了讨论．

Pb-合金隧道结rf氧化参量选定的实验方法

本文介绍利用室温四端法测量用剥离光刻技术和不同rf氧化参量制备的一系列四端Pb—合金隧道结电阻;反映结的氧化物势垒厚度与氧化参量的关系,提供选定rf氧化参量的依据。文中介绍了国外概况,本实验方法的原理,样品制备和测试结果与分析。

磁隧道结的研究进展

从隧道结两种通用的基本理论出发,从材料选取的角度详细介绍了磁性隧道结不同的中间层和铁磁层材料的研究成果,揭示了材料选取对隧道结磁电阻的重要影响,并对其发展和应用前景进行了展望。

新型磁性隧道结材料及其隧穿磁电阻效应

典型的磁性隧道结是"三明治"结构,即由上下两个铁磁电极以及中间厚度为1 nm量级的绝缘势垒层构成。当外加磁场使两铁磁电极的磁矩由平行态向反平行态翻转时,隧穿电阻会发生低电阻态向高电阻态的转变。自从1995年发现室温隧穿磁电阻(TMR)以来,非晶势垒的AlOx磁性隧道结在磁性随机存储器(MRAM)和磁硬盘磁读头(Read Head)中得到了广泛的应用,2007年室温下其磁电阻比值可达到80%。下一代高速、低功耗、高性能的自旋电子学器件的发展,迫切需要更高的室温TMR比值和新型的调制结构。2001年通过第一性原理计算发现:由于MgO(001)势垒对不同对称性的自旋极化电子具有自旋过滤(Spin Filter)效应,单晶外延的Fe(001)/MgO(001)/Fe(001)磁性隧道结的TMR比值可超过1 000%,随后2004年在单晶或多晶的MgO磁性隧道结中获得室温约200%的TMR比值,2008年更是在赝自旋阀结构CoFeB/MgO/CoFeB磁性隧道结中获得高达604%的室温TMR比值。伴随着新势垒材料的不断发现和各种磁性隧道结结构的优化,共振隧穿和自旋依赖的库仑阻塞磁电阻等新效应以及磁性传感器、磁性随机存储器和自旋纳米振荡器及微波检测器等新器件逐渐成为科学和工业界所关注的研究与应用热点。对磁性隧道结(MTJ)材料及其器件应用研究和进展进行了简要介绍。

电化学方法制备原子尺度间隙的Au隧道结过程研究

采用电化学方法制备了溶液中稳定的Au隧道结,对制备过程中量子线到隧道结的整个实验过程进行了研究.结果表明,由于存在机械应力,直接腐蚀Au丝很难精细控制电化学过程,导致无法直接制得隧道结.通过向溶液中加入氯金酸进一步电化学沉积/腐蚀成功地解决了此问题,但溶液中Au离子的自沉积作用导致所形成的隧道结不稳定.针对这一问题,对实验过程进行了改进,采用将腐蚀直接制得的电极对在盐酸溶液中定向电沉积的办法制备得到了溶液中稳定的Au隧道结.

磁性隧道结自旋极化电子的隧穿特性

铁磁金属间通过中间层的自旋极化电子隧穿产生的磁性耦合,在自旋电子器件中有许多潜在的应用.考虑由一平面磁性势垒层隔开的两铁磁性金属电极构成的磁性隧道结,针对中间层形成的矩形势垒,在近自由电子模型的基础上,计算零偏压下的隧穿电导、自旋极化率和隧穿磁阻比率,分析势垒层特性、分子场强弱、分子场相对取向等对隧道结自旋极化电子隧穿特性的影响.计算结果对自旋电子器件的设计具有一定的指导意义.

高功率905nm InGaAs隧道结串联叠层半导体激光器

设计出了隧道结串联叠层半导体激光器结构,采用分子束外延进行激光器材料的外延生长,材料经过光刻、腐蚀、欧姆接触、解理、腔面镀高反射/减反射膜、焊装等工艺,制作成条宽200μm、腔长800μm的半导体激光器。两隧道结激光器在脉冲宽度100ns,重复频率10kHz,30A工作电流下输出功率达到80 W,峰值发射波长为905.6nm,器件的阈值电流为0.8A,水平和垂直方向的发散角分别为7.8°和25°。

Co基Heusler合金:磁性、半金属性,sp元素掺杂及在磁隧道结中的应用和发展

首先致力于介绍Co基Heusler合金的结构特征、磁性来源以及独特的半金属能带结构,以揭示这些合金独特的电磁性质和在磁隧道结中的应用潜力。在此基础上,进一步讨论了sp元素掺杂对调整Heusler合金电子结构和稳定其半金属性的重要意义。最后,通过分析Co基Heusler合金磁隧道结的电子输运原理,描述了Co基Heu-sler合金磁隧道结的研究现状和发展方向。

利用Nb-SiO_2-Nb边缘隧道结的dc SQUID磁强计

本文介绍一台dc SQUID磁强计。Nb-SiO_2-Nb边缘隧道结dc SQUID器件作为磁敏感元件具有很高的灵敏度。由超导变压器实现dc SQUID 与前置放大器之间的最佳源电阻匹配。磁强计在低频范围内(f<1Hz)最小可分辨能量达2.5×10-^(28)J/Hz,动态范围为±5×10~6(?)。采用两个极点的积分器提高了仪器的摆率,在频率为1.5kHz 时,最大摆率达1×10~5φ_0/s。较高的摆率使仪器能长时间运行而不失锁。本文简要说明了磁强计的结构和设计特点。仪器性能的测试结果符合理论计算值。

隧道结在多结太阳电池中的应用

主要应用高掺杂的p n结理论进行隧道结的计算研究工作 ,针对GaInP/GaAs双结电池的结构 ,选择不同的宽禁带材料研究隧道结I V特性以及不同的掺杂浓度对于其I V特性的影响 ,寻找出掺杂浓度与隧穿电流的关系曲线。结果表明 :随着掺杂浓度的提高 ,峰值电流密度逐渐增大 ;对于GaInP/GaAs太阳电池 ,隧道结采用GaInP材料比采用GaAs材料性能要好的多。

高斜率效率隧道结叠层激光器的研制

隧道结叠层激光器技术具有广泛的应用空间,如高斜率效率、高功率密度、多波长激光器等。采用LP-MOCVD系统生长隧道结材料,CCl4作为p型掺杂源,SiH4作为n型掺杂源,并采用δ掺杂技术,使得n+-GaAs的掺杂浓度大于1×1019/cm3,隧道结的面电阻率小于2×10-4Ω.cm2。设计生长了双叠层、三叠层材料,该材料制作的900nm双叠层激光器在200ns脉宽、20A工作电流下输出功率35W,斜率效率1.8W/A,是单层材料的1.8倍,隧穿结引入的压降约为0.15V;860nm三叠层激光器的斜率效率大于2.7W/A,是单层材料的2.7倍。

掩埋隧道结在长波长VCSEL结构中的应用

采用气态源分子束外延技术在InP(100)衬底上分别生长了δ掺杂的p+-AlIn-As-n+-InP和p+-InP-n+-InP两种隧道结结构,用电化学C-V和I-V特性曲线表征了载流子浓度和电学特性,发现p+-AlInAs-n+-InP隧道结性能优于p+-InP-n+-InP隧道结.在InP(100)衬底上生长了包含p+-AlInAs-n+-InP掩埋隧道结和多量子阱有源层的1.3μm垂直腔面发射激光器(VCSEL)结构,测试得出其开启电压比普通的pin结VCSEL小,室温下其电致发光谱波长为1.29μm.