稀磁半导体的前景

稀磁半导体兼具半导体和磁性材料的性质，使同时利用半导体中的电子电荷与电子自旋成为可能，为开辟半导体技术新领域以及制备新型电子器件提供了条件。尽管目前对于DMS材料应用的研究尚处于实验探索阶段，但已展示出其广阔的应用前景。如将 DMS材料用作磁性金属与半导体的界面层，实现自旋极化的载流子向非磁性半导体中的注入，可用于自旋 极化发光二极管的制造。而对于某些铁磁层/无磁 层的多层异质结构，如GaMnAs/AlGaAs/GaMnAs 等，通过调节外部参数如温度、电场等，可控制半导 体层中的载流子浓度以及磁性层间的磁耦合，这种特 性能够应用于制造磁控、光控的新型超晶格器件。

理想的稀磁半导体材料应该具备如下的性质:

(1)其TC能达到500K以上,充分保证相关器件的热稳定性和广泛的应用范围(2)材料的载流子浓度足够低,可以很容易通过光或电控制载流子媒介导致的铁磁性(3)材料载流子的迁移率足够高,保证器件运行响应的速率(4)相对于磁离子具体的无规律分布,材料的磁性质足够稳定并且可重复(5)自由载流子平均交换场要足够大,能够产生大的磁阻和大的隧穿磁阻现象(6)具有足够强的磁光效应,保证磁存储信息的光读出(7)集体磁衰减足够弱,保证利用光和输运的自旋传递现象)即利用准粒子激发 *** 作磁化是可行,等等。

自旋-电子器件有金属型的自旋网器件和磁隧道二极管，有半导体型的自旋FET和亚微米GaMnAs磁悬臂（有高灵敏度的扭转力矩）等。自旋极化电流的大小可通过改变电子的自旋来加以控制，从而可实现自旋-电子器件。所谓自旋极化电流，也就是其中所有电子自旋的取向都是一致的电流。自旋、质量和电荷都是确定电子特性的基本参数，在外磁场中电子的能量与自旋矢量相对于磁场的取向有关，自旋向上和自旋向下的电子具有不同的能量；在铁磁体中, 很大部分区域内电子的自旋取向都相同, 当电流通过铁磁体时, 一些自旋取向的电子将受到阻碍, 从而可得到自旋极化电流。为了制造自旋-电子器件，就应当首先获得磁性半导体。磁性半导体分为铁磁半导体和稀磁(半磁)半导体(DMS)；铁磁半导体中含有磁元素阵列，稀磁半导体是非磁半导体与磁性物质 (过渡金属或稀土金属) 的合金(1~20%磁离子处在替代位置)。

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