[发明专利]一种磁电阻效应开关晶体管

权利要求书

1.一种钙钛类ABO₃结构中的反铁磁分子(AFM)材料与钙钛类ABO₃结构中的四方相铁电分子(FET)材料复合分子结构或其衍生物的AFF薄膜，与至少两个以上电极组成的具有磁电阻开关效应的AFF晶体管结构。

这种AFF晶体管的结构特征在于：

其中，这种AFF薄膜中的AFF陶瓷粉体或其衍生物，其中至少包括BaTiO3/NdMnO₃(或BaNdTiMnO₆)或其衍生物复合的AFF结构；

其中，组成AFF陶瓷粉体或其衍生物化学结构的元素，A位元素至少包括以下元素的两种：Na，K，Mg，Ca，Sr，Ba，Y，La，Ce，Pr，Nd，Sm，Eu，Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb，Lu等；

其中，组成AFF陶瓷粉体或其衍生物化学结构的元素，B位元素至少包括以下元素的两种：Ti，V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Cu等；

其中，这种BaTiO3/NdMnO₃(或BaNdTiMnO₆)或其衍生陶瓷结构，其中至少包括：AI₃O₂，SiO₂，TiO₂等组成的玻璃相结构，其含量为AFF结构元素含量的1.8-8％(摩尔分数)；

其中，电极至少包括两个导电电极层1-1，1-2和在此之间的AFF薄膜层1-3组成的晶体二极管，如图1所示结构；

其中，将两个AFF晶体二极管串联，由电极层2-1，AFF薄膜层2-4，电极2-2，AFF薄膜层2-5，电极2-3组成一个晶体三极管，如图2所示结构；

其中，将两个由多个AFF晶体二极管组成的并联体进行串联，由端电极层(3-1，3-2，3-3)，叠层结构的AFF薄膜层(3-4，3-5)，内电极层(3-7，3-8)，绝缘层3-6组成一个晶体三极管，如图3所示结构；

其中，将晶体二极管或晶体三极管与其他器件集成组合，并与光导开关串联，可以组成光电一体的高速组合开关；

这种AFF晶体管的物理特征在于：

如图4-a等效电路所示，AFF二极管有两个导通(磁电阻低阻态)状态，即1，-1态，以及一个断开(磁电阻高阻态)状态，即0态，这是由于在相同方向电场下，FET处于AFM左侧或右侧所导致的；

如图4-b，图4-c等效电路所示，两个AFF二极管串联组成的三极管，将偏压U1和U2分别置于点a和点c，或点b和点c间，可以通过改变旁置电路电压U1或U2，实现AFF三极管的磁电阻低阻态和高阻态控制。

如图4-d所示，AFF三极管等效电路标识为TS-AFF(Transistor AFF)；

如图5所示，AFF晶体管结构的FET与AFM特征关系，如果设定FET＝1，为AFM＝0(高磁阻态)，当FET＝-1时，AFM＝-1(低磁阻态)；如果设定FET＝-1，为AFM＝0(高磁阻态)，当FET＝1时，AFM＝1(低磁阻态)；

在电场正向和反向作用下，AFF晶体二极管发生高，低磁电阻变化的开关效应，等效从“开”到“关”，或从“关”到“开”状态；

其中，在AFF晶体二极管处于“开”状态下，薄膜基态等效的电阻R_ON，包含绝缘体电阻和磁电阻R_MR-ON，磁电阻R_MR-ON很小；

其中，在AFF晶体二极管处于“关”状态下，薄膜断态等效的电阻R_OFF，包含绝缘体电阻和磁电阻R_MR-OFF，磁电阻R_MR-OFF很大，并且漏电很小；

其中，基态电阻R_ON小于断态电阻R_OFF

其中，薄膜厚度增加，等效电阻R增加，耐压强度增加；

其中，两个以上晶体二极管并联可以等效增加导通电流量；

这种AFF晶体管的制备特征在于：

至少包括：电极成膜，预固化，热压等工艺；

其中，选择使用熟化或未熟化的AFF薄膜层，该层至少包括AFF粉体或其衍生物，固化树脂等材料；

其中电极成膜，在AFF层上下两面涂敷或喷溅电极层的制作过程中，至少使用以下导电金属其中一种，银，铝，金，铜，镍，锌，钯粉体或其合金组合形式，粉体颗粒10-200nm；

其中，在AFF层与电极层涂敷涂敷或喷溅成膜制作过程中，至少使用以下流动助剂，包括，甘油，乙二醇，乙醇以及衍生物等材料；

其中，对电极薄膜层预固化，涂敷厚度1-3μm，如温度为80-200℃之间，时间2-8小时之间，没有开裂和卷曲；

其中热压，对完成预固化的AFF层/电极层进行热压处理，包括热等静压处理，如温度270-320℃，压力5-80帕(bar)，时间2-4小时之间的范围。如果需要的话，也可以对多个AFF层和交错排布的电极层载体进行叠层热压；

其中，如果使用未熟化的AFF薄膜层，AFF晶体管熟化，如图3，晶体管3-1两个正/负电极3-2，经连接导线3-3，从保温箱体3-4的瓷孔3-5，分别连接到电源3-6，在电源提供的辅助电场下，如5-4000V范围的正向和反向变化，同时，通过温度流入口3-7和温度流出口3-8对保温箱体进行温度控制，如-30-+120℃范围变化的作用下，进行0.5-2小时的循环熟化。