氧化锌半导体自旋注入和自旋过滤的研究

项目名称： 氧化锌半导体自旋注入和自旋过滤的研究

项目编号： No.10804126

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2009

项目学科： 轻工业、手工业

项目作者： 郭阳

作者单位： 中国科学院物理研究所

项目金额： 24万元

中文摘要： 自旋过滤和自旋注入是自旋电子学器件研究两个重要的研究方向。本项目的研究目标是以氧化锌（ZnO）稀磁半导体薄膜为基础，制备共振遂穿二极管器件结构，并利用Zeeman效应和共振遂穿效应，使用电学方法实现ZnO半导体薄膜和低维量子结构自旋过滤和自旋注入。并以此为基础，探索研究ZnO半导体自旋电子学原型器件。本项目主要是从材料制备入手，利用分子束外延生长（MBE）方法制备势垒层MgZnO单晶薄膜，Mg组分最高可达到0.55，对应禁带宽度为4.55eV，这就保证了我们可以在很宽的能量范围内调节RTD结构的势垒层高度。同样利用MBE生长方法，我们制备了ZnCoO单晶薄膜，磁性测试显示当Co含量小于8%时，ZnCoO为顺磁材料；高浓度ZnCoO表现为铁磁性。结合以上两项工作，我们制备了ZnO/ZnMgO/ZnCoO/ZnMgO/ZnO多层薄膜，并利用微加工技术，制备ZnCoO RTD器件，并进行了低温和磁场下的测量。

中文关键词： 自旋注入；自旋过滤；共振遂穿；分子束外延

英文摘要： The field of spin-electronics has been growing in practical importance in recent years. Spin filter and spin injection are two crucial physical processes in this this field. For transition metal atom doped ZnO semiconductor, the sp-d exchange interaction leads to a giant g-factor, the effective Lande factor of an electron inside the semiconductor, resulting in a large Zeeman splitting of band edge states with a magnetic field. Exploring the large Zeeman splitting to align the spins of all injecte carriers to energetically favourable lower Zeeman level, it is possible to implement spin filter and spin injection on ZnO films. In this project ZnO/ZnMgO/ZnCoO/ZnMgO/ZnO heterostructures with a sharp interface have been grown by using radio-frequency plasma assisted molecular beam epitaxial system. By using microfabrication technique ZnCoO based resonant tunneling devices have been fabricated.

英文关键词： spin filter;spin injection;RTD;MBE