[发明专利]一种磁电阻效应开关晶体管

摘要

本发明描述了一种磁电阻效应开关晶体管结构极其制作方法，这种开关晶体管可在电场作用下，利用磁电阻效应，实现电路的开关控制。

主权项

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RON，包含绝缘体电阻和磁电阻RMR‑ON，磁电阻RMR‑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ROFF，包含绝缘体电阻和磁电阻RMR‑OFF，磁电阻RMR‑OFF很大，并且漏电很小；其中，基态电阻RON小于断态电阻ROFF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。