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吴燕庆团队在微纳电子器件研究取得新进展

来源:国家脉冲强磁场科学中心(筹) 点击次数:4443次 发布时间:2015-11-16 18:13:49 编辑:宣传部

  新闻网讯(通讯员 程远)磁阻效应被广泛应用于硬盘、存储器和传感器等磁性设备中。而目前,基于非磁性半导体的磁阻效应逐渐受到关注,它们所展现出来的磁阻与磁性材料相当甚至更大。然而,绝大部分的磁阻研究都是基于微米级大尺寸的二端器件,制约了其性能以及在工业中得到实际的应用。11月12日,《纳米快报》(Nano Letter)在线刊发了吴燕庆教授课题组关于铟镓砷纳米线的可控超强磁阻效应的论文。


  该论文题为《Large, tunable magnetoresistance in non-magnetic III-V nanowires》。这是该团队继今年3月在《先进材料》(Advanced Materials)刊发关于新型二维材料硫化钼的高性能晶体管研究论文《Performance Potential and Limit of MoS2 Transistors》(Adv. Mater.,2015,27,1547–1552,)后,在微纳电子器件领域取得的又一重要进展。


  该工作研究了直径为20纳米,沟道长度为40纳米的InGaAs纳米线晶体管在碰撞电离区的磁阻,实现了极小尺寸下超灵敏低功耗的磁阻器件,是国际上对非磁性半导体纳米线的首次类似研究。该器件工作原理是基于窄禁带半导体在高电场下的碰撞电离效应在磁场中的抑制作用。这种三端器件可以通过垂直栅压和纵向源漏电压实现双调控。研究发现,该纳米尺度器件在室温2.5 T下具有100%的磁阻,在4.3 K时磁阻达到2000%。这类高磁阻的纳米尺度器件通过自上而下的工艺制备,为未来高密度大规模磁电子器件提供巨大的机会,并且该类工艺也可以与现存大规模硅基工艺平台实现兼容。


  六方氮化硼是石墨烯的一种优异的衬底材料。同时石墨烯在六方氮化硼上会形成二维超晶格结构,这种超晶格结构会对石墨烯的能带进行改造,在超晶格布里渊区的M点形成新的狄拉克点。因此石墨烯/氮化硼异质结构近两年来在国际二维材料和物理研究领域内引起了广泛的研究兴趣。今年10月4日,《美国化学学会纳米》(ACS Nano)在线刊发了吴燕庆教授课题组关于外延石墨烯与氮化硼的超晶格器件研究论文《Noise in Graphene Superlattices Grown on Hexagonal Boron Nitride》(DOI: 10.1021/acsnano.5b05283),该团队首次通过低频噪声来表征了该超晶格的次级狄拉克点,并且其物理现象比常用的电流测试要更为灵敏,甚至可以用来表征在电流测试中无法观察到的次级狄拉克点,两个超晶格狄拉克点处的噪声不对称性也比电流不对称性更加明显。论证了在固体电子学中,作为电流波动的噪声参数可以用来表征包括能带结构在内的一些本征物理特性。另外,其噪声水平最低值比通常二氧化硅衬底上的石墨烯器件的噪声小60倍。该结果对石墨烯的进一步开发和应用具有重要的理论和实际意义。