《半導體的幾何增強磁電阻研究》是依託清華大學，由章曉中擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：半導體的幾何增強磁電阻研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：章曉中
- 項目類別：重點項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
章曉中研究組2011年9月在Nature發文報導了在半導體矽中實現了幾何增強的室溫低場磁電阻，該磁電阻接近商用的巨磁阻的水平，該工作受到了國際和國內學術界的好評，入選2011年度中國科學十大進展和2011年度中國高校十大科技進展。本申請是在我們前期工作的基礎上，深入研究電極、非均勻性、p-n結等是如何影響矽的磁電阻，搞清楚矽基磁電阻的機理，做出一個普適的幾何增強磁電阻機理。 還要研究微型化的矽基磁電阻器件，使其性能達到或超過商用巨磁阻器件的水平，甚至做出自驅動的矽基磁電阻器件。我們的前期預研表明這個幾何增強磁電阻機理還可以推廣到其他半導體材料，本申請將研究GaAs、Ge、InSb等半導體材料的磁電阻，爭取做出具有新穎磁電功能或磁光電功能的器件。還將研究是否可將幾何增強磁電阻的機理用於已有的磁性材料基的磁電阻材料，爭取提升已有的磁電阻材料的性能。
結題摘要
（i）我們搞清楚了我們發表在Nature雜誌上的二極體非線性增強矽基磁電阻的機理，並把該機理套用到鍺和砷化鎵上，在這兩個材料上也做出了很大的室溫磁電阻。我們還利用半導體微分負電導的性能， 不用二極體就可以做出1000% @0.05T 的超大矽基磁電阻（Adv. Elect. Mater, 2017）。我們還把該機理用於磁性材料Ta/CoFeB/Mg，發明了磁電阻高達22000%@1mT 的磁電阻器件（Adv. Mater. 2016）, 這是世界上磁靈敏度最高的磁電阻，該工作可望用於超靈敏的磁感測器。 （ii）我們做出了世界上第一個可程式的矽基磁邏輯器件，該器件可以在一個器件上完成AND, OR, NAND, NOR 四種不同的磁邏輯 （Adv. Funct. Mater, 2015），為矽材料用於磁邏輯奠定了基礎。 (iii) 我們還進一步把磁性材料和半導體材料結合起來，利用半導體的非線性和磁性材料的反常霍爾效應，採用磁性材Ta/CoFeB/MgO做出了非易失的可程式磁邏輯器件，該器件可以完成AND, OR, NAND, NOR 四種不同的磁邏輯。（Adv. Mater. 2016） (iii) 類腦計算需要具有非馮諾依曼結構的計算機架構，不分CPU和存儲器的計算存儲器件，這樣可大大減少能耗和加快計算機速度。我們利用半導體的微分負電導效應和磁性材料自旋霍爾效應，採用磁性材Ta/CoFeB/MgO做出了可程式非易失的自旋邏輯存儲一體化器件，該器件可以一步實現信息讀出、邏輯運算和結果寫入 （Adv. Mater. 2017）。該器件可以在0-100 C下穩定可靠地工作，為非馮諾依曼架構的計算機提供了一種方案。該工作獲得了第十屆北京發明創新大賽金獎。我們還進一步研究了利用該器件構造半加器和全加器的可能性。
