[发明专利]一种磁电阻效应开关晶体管

说明书

技术领域

本发明内容涉及电子器件以及材料学科领域，描述了一种磁电阻效应开关晶体管结构极其制作方法，这种磁电阻效应开关晶体管可实现在电场作用下，常温下发生庞磁电阻效应。

技术领域

本发明内容涉及电子材料学科领域，描述了一种复合分子材料薄膜结构极其制作方法，这种薄膜可实现在电场作用下，常温下发生庞磁电阻效应。

背景技术

20世纪50年代人类就已经发现了锰氧基化合物的庞磁电阻(colossal magnetoresistance，CMR)效应。继1989年发现磁性多层膜电阻(giant magnetoresistance，GMR)效应后，1993年，室温下在钙钛类ABO₃结构衍生物LaBaMnO₃(LBMO)也发现了CMR效应。

由于锰氧基反铁磁(antiferromagnetism，AFM)化合物体系中得到CMR效应，常常需要在很低的温度下，加以很强的外部磁场，以及对外电场作用不敏感等特征，限制了CMR应用。

CMR的磁电阻效应(磁电阻变化率在106％以上)比GMR大的多，相关研究力图从两个方面寻求应用突破，1、努力找到更多的室温下AFM结构的应用材料；2、寻找其他方法，如：用电和光场间接控制AFM。

应该注意的是1993年M.Johnson(Science 260，320，1993)提出自旋晶体管的概念设想。其基本结构和机理是在电极1-铁磁材料1-顺磁金属膜P电极2-铁磁材料2-电极3之间，通过改变铁磁材料2的偏压，控制铁磁材料2的磁场方向。当铁磁材料1和铁磁材料2出现同向平行的磁场趋势时，磁电阻变小，当铁磁材料1和铁磁材料2出现反向平行的磁场趋势时，磁电阻变大。

本发明中技术方法是针对钙钛类反铁磁材料(FAM)和钙钛类四方相铁电材料(Ferroelectrics tetragonal，FET)组合的复合结构材料(Antiferromagnetism & Ferroelectrics，简称AFM-FET，或AFF)，即AFF薄膜，可与若干电极组成具有磁电阻效应的开关晶体管结构。这种晶体管可以在外电场控制下，通过改变偏压和方向，对AFM进行强制畸变，产生磁电阻导致的开关效应。有关AFF粉体及薄膜结构和部分机理已在其他专利申请中有所阐述。

对于基于BaTiO3/NdMnO₃(或BaNdTiMnO₆)的AFF薄膜结构，本发明特点在于：1、利用AFF分子具有的特殊磁结构，在电场控制下，实现对电子导通的开关效应；2、利用这种AFF效应，可以制作成具有单向导通的AFF二极管；3、利用这种AFF效应，可以制作成两个AFF二极管组合的开关三极管；4、利用这种AFF效应，可以制作由二极管和三极管与其他器件集成的更加复杂的组合控制。

发明内容

本发明描述了一种钙钛类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；