[发明专利]一种单层二硫化钼能谷协调的单极型自旋二极管

说明书

本发明公开了自旋电子学元器件技术领域的一种单层二硫化钼能谷协调的单极型自旋二极管，旨在解决现有技术中的微电子产业受制于器件功耗增大和制造成本增加，导致其集成度遭遇瓶颈的技术问题。所述自旋二极管包括由掺杂半导体材料与衬底材料融合形成的第一异质结和第二异质结，第一异质结与第二异质结相接触构成PN结，融合形成第一异质结或/和第二异质结的衬底材料为铁磁绝缘体，所述半导体为单层二硫化钼。

技术领域

本发明涉及一种单层二硫化钼能谷协调的单极型自旋二极管，属于自旋电子学元器件技术领域。

背景技术

电荷与自旋是电子的两个内禀属性。19世纪以来，人类开始调控电子的电荷属性，发展了以半导体为基础的微电子学，奠定了第三次产业革命的基础。但是，现行模式下微电子工业的发展，必然受到量子效应的局限。受制于器件功耗增大和制造成本增加，当下微电子产业的集成度开始遭遇瓶颈。

自旋电子学是最有希望在5纳米以下技术节点取代传统半导体晶体管的技术。自旋是信息器件的有效载体，已在巨磁阻和隧穿磁阻装置中获得技术应用。自旋二极管是自旋电子学器件中用来处理自旋信息的最简结构和基础元器件，如果该器件能够在技术性能上取得突破，将有利于解决当下微电子产业集成度受限、器件能耗大等一系列问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种单层二硫化钼能谷协调的单极型自旋二极管，以解决现有技术中的微电子产业受制于器件功耗增大和制造成本增加，导致其集成度遭遇瓶颈的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种单层二硫化钼能谷协调的单极型自旋二极管，包括由掺杂半导体材料与衬底材料融合形成的第一异质结和第二异质结，第一异质结与第二异质结相接触构成PN结，融合形成第一异质结或/和第二异质结的衬底材料为铁磁绝缘体，所述半导体为单层二硫化钼。

优选地，所述铁磁绝缘体包括忆铁石榴石铁氧体或三碘化铬。

优选地，所述第一异质结由掺N型半导体材料与衬底材料融合形成，所述第二异质结由掺P型半导体材料与衬底材料融合形成。

优选地，第一异质结中N型半导体的掺杂浓度为0.73～0.93eV，第二异质结中P型半导体的掺杂浓度为－0.93～－0.73eV，e为电子电荷。

优选地，所述铁磁绝缘体诱导产生的铁磁交换场为正向。

优选地，所述单极型自旋二极管的导带能区为[Δ－λ_F，Δ+λ_F]，式中，Δ为所述单层二硫化钼的能隙的一半，λ_F为所述铁磁绝缘体诱导产生的铁磁交换场。

优选地，所述单极型自旋二极管的价带能区为[－Δ+2λ_so－λ_F，－Δ+2λ_so+λ_F]，式中，Δ为所述单层二硫化钼的能隙的一半，λ_F为所述铁磁绝缘体诱导产生的铁磁交换场，λ_so为所述单层二硫化钼的自旋轨道耦合强度。

优选地，所述铁磁绝缘体诱导产生的铁磁交换场为反向。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：本发明自旋二极管，融合了单层二硫化钼材料的二维结构超薄特性，具有可集成度高、载流子浓度易调节等优点，可提高集成电路数据处理速度；所参与单向输运的是完全自旋和能谷极化的电流，根据已有实验和理论结果估计，其弛豫时间比传统半导体材料更长(约1-10ns)，能耗上低于传统微电子学二极管，有望解决当下微电子产业集成度受限、器件能耗大的技术问题。

附图说明

图1是本发明实施例结构示意图；

图2是本发明实施例中能谷和自旋匹配隧穿机制示意图；