《基於雪崩電離的磁阻效應及其機理研究》是依託武漢理工大學，由孫志剛擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於雪崩電離的磁阻效應及其機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：孫志剛
- 依託單位：武漢理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
基於非磁性材料的磁阻效應（MR）器件一直以來受到了科研工作者的廣泛關注，具有重大的研究意義和價值，在磁性感測器、高密度存儲等方面有著潛在套用前景。其中基於雪崩電離的磁阻效應具有磁阻巨大、結構簡單、易於集成等優點，但是也存在著磁阻機制不明、工作電壓大、穩定性差的問題。 著眼於上述科學問題， 本項目開展基於雪崩電離及磁阻效應的機制問題的研究，探索降低工作電壓、提高穩定性的方法。通過實驗結合有限元數值模擬方法研究Si基、GaAs基金屬/半導體/金屬(MSM)或者MISIM器件的電輸運以及磁阻特性。通過建立雪崩電離及磁阻效應的物理模型和電場、磁場、電流的數學模型，利用有限元等數值方法模擬磁阻效應及其變化規律。通過器件結構、界面、載流子濃度等調控手段，研究雪崩電離過程以及該過程中的可控性、重複性問題。研究磁場對雪崩電離過程的影響機制。在此基礎上，製備得到高磁阻、低工作電壓、高穩定性的磁阻器件。
結題摘要
尋求兼具高性能、低成本等優點的磁阻（MR）器件一直以來是人們關注的重點問題。目前，基於非磁性半導體的磁阻器件（如Si、Ge、GaAs以及Ag2S基等器件等）中都呈現出了巨大的磁阻效應，在磁性感測器、高密度存儲等方面有著潛在套用前景。其中基於雪崩電離的磁阻效應具有磁阻巨大、結構簡單、易於集成等優點而具有更大的研究價值和意義。本項目基於雪崩電離的磁阻效應及其機理研究，主要取得了如下幾方面重要結果：（1）利用Ag/SiO2/p-Si:B/SiO2/Ag結構器件，在低溫下發現了明顯的熱滯現象，並通過採用延長連續兩次測量的間隔時間的方法，較好地消除這種熱滯現象對該器件電輸運性能和磁阻效應可能帶來的影響。（2）發明了一種探測雪崩效應的原位裝置，該裝置具有準確探測雪崩效應放電具體過程並能檢測肖特基結質量優點的，可用於探測多種雪崩效應器件；並且發現了雪崩現象十分明顯的區域對應的磁阻數值都明顯要高於周邊電流範圍的磁阻數值，說明了基於雪崩電離的磁阻效應的確具有十分優異的磁阻性能。（3）通過對比研究不同載流子濃度的樣品器件，發現了載流子濃度越低，GaAs基和Ge基半導體器件的磁阻效應更強，獲得了非磁性GaAs基半導體器件室溫低磁場條件下的高磁阻敏感度，在0.001 T時，磁阻敏感度可高達約15 T-1。（4）採用兩線法和四線法相結合的方式，成功將Ag/SiO2/p-Si肖特基異質結器件的體磁阻效應從總磁阻效應中分離出來，並證明了總磁阻效應主要來源於界面磁阻效應。（5）研究了Ag/SiO2/p-Si肖特基異質結器件中電極間距和磁場對雪崩電離時工作電壓和相應磁阻的影響，發現減小電極間距可以降低雪崩電離時的工作電壓，增強基於雪崩電離的磁阻效應，（6）研究了In/SiO2/p-Si肖特基異質結器件的負微分電阻效應和非飽和磁阻效應，發現了從低溫升高至25 K時，依然能觀察到負微分電阻效應，發現負微分電阻效應和非飽和磁阻效應來源於雪崩電離效應。（7）在In/p-Ge:Ga/In鍺基半導體器件中，研究了霍耳效應對電輸運及磁阻效應的影響，並且在室溫獲得了高達91%@1T的磁阻效應。
