[实用新型]一种电可控的二维自旋电子器件阵列

说明书

本实用新型公开一种电可控的二维自旋电子器件阵列，包括半导体基片、设置于基片下表面的光栅结构的背栅电极，层叠设置在基片上表面的介电层、过渡金属硫化物二维材料/铁磁金属纳米团簇异质结构、设置于过渡金属硫化物二维材料上表面两侧的两列电极对、BN二维材料钝化层，所述两列电极对由置于过渡金属硫化物二维材料上表面两侧的若干对位置一一对应的电极对等间距排列构成；所述自旋电子器件阵列可通过施加背栅电压对过渡金属硫化物二维材料/铁磁金属纳米团簇异质结构进行静电掺杂，由此调控异质结构的磁各向异性及费米能级附近电子态的自旋极化方向，从而在电极对之间电压的作用下产生极化方向独立可控的自旋电流。

技术领域

本实用新型涉及一种自旋电子器件阵列，尤其是一种电可控的二维自旋电子器件阵列。

背景技术

自旋电子学器件通过电子的自旋来进行信息的传递、处理与存储，与传统的半导体器件相比，有着非易失性，高数据处理速度，低能量消耗和高集成密度等优点，从而给现有的电子业带来革命性的变化。近年来，半导体自旋电子器件的研制在世界发达国家受到高度重视，许多国际著名科研机构和大公司研发部门都投入了大量的人力和物力，在半导体器件结构中自旋极化的产生、注入、传输、操作和检测等方面研究均取得了十分重要的进展。实现自旋电子学的应用，关键性问题就是用电场来调控载流子的自旋取向。目前，半导体自旋电子器件中自旋极化载流子的产生方法主要有以下几种：(1)一利用圆偏振的激光来激发，在原本无自旋极化的半导体中激发出自旋不均衡的载流子，然而该方法室温极化率往往较低且难以实现器件集成；(2)将已自旋极化的载流子从一种材料(如铁磁金属、磁性半导体或者半金属)注入到半导体材料中，然而要求在器件中的自旋散射较小，并有足够长的驰豫时间和高的迁移率；(3) 利用稀磁半导体在磁场下的巨塞曼分裂效应，但其居里温度通常不能达到室温以上，难以实现实际应用。因而目前的自旋电子器件，仍存在室温自旋极化率不高、不易控制、不易集成、兼容性差等问题。

实用新型内容

本实用新型鉴于自旋电子器件的设计需求，提出一种基于过渡金属硫化物二维材料/铁磁金属纳米团簇异质结构的电可控的二维自旋电子器件阵列；该器件具有极化率电可调的自旋电子器件，可解决室温自旋极化率不高、不易控制、不易集成、兼容性差等问题。

为了解决上述的技术问题，本实用新型提供了一种电可控的二维自旋电子器件阵列，包括半导体基片、设置于基片下表面的光栅结构的背栅电极，层叠设置在基片上表面的介电层、过渡金属硫化物二维材料/铁磁金属纳米团簇异质结构，设置于过渡金属硫化物二维材料上表面沿着宽度方向两侧的两列电极对、设置于过渡金属硫化物二维材料上表面的BN二维材料钝化层；所述两列电极对由置于过渡金属硫化物二维材料上表面沿着宽度方向两侧的若干对位置一一对应的电极对等间距排列构成；

所述自旋电子器件阵列通过施加背栅电压对过渡金属硫化物二维材料/铁磁金属纳米团簇异质结构进行静电掺杂，由此调控异质结构的磁各向异性及费米能级附近电子态的自旋极化方向，从而在电极对之间电压的作用下产生极化方向独立可控的自旋电流。

在一较佳实施例中：所述半导体基片采用n型或p型掺杂的硅、锗，n型或 p型掺杂的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体，n型或p型掺杂的Ⅱ-Ⅵ族化合物中的一种。

在一较佳实施例中：所述介电层采用氧化铝、氧化镁、二氧化铪、二氧化钛、六方氮化硼中的一种或几种的组合，其厚度为50～1000μm.

在一较佳实施例中：所述过渡金属硫化物二维材料化学式为MX₂，其中M＝Mo 或W，X＝S或Se。

在一较佳实施例中：所述过渡金属硫化物二维材料的厚度d₁满足范围0 d₁50nm。

在一较佳实施例中：所述铁磁金属纳米团簇为由铁磁金属材料构成的纳米颗粒状非周期性团簇结构或周期性团簇阵列结构中的一种。