發(fā)布時(shí)間：2020-04-27 10:05

【摘要】：目前對(duì)于pn結(jié)磁阻效應(yīng)的研究過(guò)多地注重實(shí)驗(yàn)觀測(cè),對(duì)該效應(yīng)的發(fā)生機(jī)理缺乏系統(tǒng)的解釋,同時(shí)關(guān)于pn結(jié)磁阻效應(yīng)的影響因素也缺乏全面的分析和總結(jié)。本論文認(rèn)為外加磁場(chǎng)下pn結(jié)中的載流子因?yàn)槭艿铰鍌惼澚Φ钠D(zhuǎn)而發(fā)生了再分布,載流子的再分布又導(dǎo)致pn結(jié)空間電荷區(qū)的幾何形狀發(fā)生變化,進(jìn)一步造成了pn結(jié)的電流-電壓特性發(fā)生變化,出現(xiàn)磁阻效應(yīng)。以此為出發(fā)點(diǎn),本文建立了外加磁場(chǎng)下pn結(jié)中性區(qū)載流子濃度和空間電荷區(qū)幾何形狀的計(jì)算模型,分析了磁場(chǎng)的散射作用對(duì)載流子遷移率的貢獻(xiàn),詳述了pn結(jié)磁阻效應(yīng)的發(fā)生機(jī)理。此外,本文還探究了摻雜濃度、寬長(zhǎng)比和溫度等因素對(duì)pn結(jié)磁阻效應(yīng)的影響。本論文得出了pin結(jié)的電流-電壓特性隨著i區(qū)寬度的變化表現(xiàn)出非單調(diào)的變化規(guī)律,并且建立了pin結(jié)電流-電壓特性的計(jì)算模型,進(jìn)而給出了該非單調(diào)變化規(guī)律的理論解釋,指出該現(xiàn)象是因?yàn)閺?fù)合和擴(kuò)散導(dǎo)致i區(qū)邊界處過(guò)剩載流子濃度的非均勻分布所造成,同時(shí)詳細(xì)闡述了pin結(jié)的摻雜濃度比和載流子壽命對(duì)非單調(diào)特性的影響�？傊�,論文進(jìn)一步完善了pn結(jié)磁阻效應(yīng)的理論模型,更加詳細(xì)地說(shuō)明了外加磁場(chǎng)下pn結(jié)電輸運(yùn)特性的變化;同時(shí),分析了摻雜濃度、寬長(zhǎng)比和溫度對(duì)pn結(jié)磁阻效應(yīng)的影響。另外,pin結(jié)的電流隨i區(qū)寬度的非單調(diào)變化規(guī)律的發(fā)現(xiàn)也更加豐富了pin結(jié)i區(qū)寬度和電流-電壓特性關(guān)系的研究。
【圖文】：

圖 1.1 （a）不同溫度時(shí)，F(xiàn)e-V 合金的磁阻隨 V 組分的變化曲線[48]；（b）不同合金材料的磁阻變化曲線[49]；（c）20K 時(shí)，Ni 合金的磁阻變化曲線[46]料磁阻最高可以達(dá)到 20%以上，如圖 1.1（b）所示。V. Elst 也在低溫 20K 的條件下觀測(cè)到 Ni 合金材料的磁阻最高也只達(dá)到 20%[46]，如圖 1.1（c）所示。這說(shuō)明這一階段對(duì)各向異性磁阻效應(yīng)的研究主要基于塊狀的磁性材料和合金材料，并且這些材料的磁阻效應(yīng)都很微弱，常溫下只有 3%[48]左右或者更低。對(duì)于磁性材料的各向異性磁阻效應(yīng)，Smit 提出了順向效應(yīng)[49]（OrientationEffect），也稱(chēng)為各向異性效應(yīng)[48]（Anistropic Effect），他認(rèn)為因?yàn)榇判圆牧显诖艌?chǎng)中被磁化，所以樣品的縱向電阻率和橫向電阻率發(fā)生了各向異性的變化，外加磁場(chǎng)后樣品的電阻率可表示為：( )2 2//ρ θ ρ cos θ ρ sinθ⊥= + （1-3）式中的ρ(θ)是外加磁場(chǎng)后樣品的電阻率，ρ//是磁化方向和電流平行的電阻率，ρ⊥是磁化方向和電流方向垂直的電阻率，θ是磁化強(qiáng)度和樣品電流的夾角。之后，Bozorth 在實(shí)驗(yàn)中用 Fe-Ni 合金測(cè)試了橫向電阻率 ρ和縱向電阻率 ρ[45]

蘭州大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 pn 結(jié)磁阻效應(yīng)的研究Epitaxy，MBE）法制備了納米量級(jí)的 Fe/Cr 多層膜結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)的電阻率隨著材料磁化強(qiáng)度的改變而發(fā)生了顯著的變化[2]，4.2K 時(shí)，60 層的 Fe3nm/Cr0.9nm多層膜磁阻可以達(dá)到 50%。圖 1.2（a）是 4.2K 時(shí)不同層數(shù)和不同膜厚的磁阻變化曲線。1989 年 Grünberg 教授的研究小組利用 Fe/Cr 三層膜結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)常溫下Fe12nm/Cr1nm 磁阻可以達(dá)到 1.5%[3]，相比 Fe 的磁阻提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)，在低溫 5K 時(shí)，，F(xiàn)e8nm/Cr1nm 三層膜結(jié)構(gòu)的磁阻可以達(dá)到 10%，圖 1.2（b）是常溫下Fe/Cr 三層膜結(jié)構(gòu)和厚度 250 的 Fe 薄膜磁阻大小的對(duì)比，（c）是樣品的結(jié)構(gòu)示意圖。這一領(lǐng)域的新發(fā)現(xiàn)將磁阻效應(yīng)的研究推向了新的高度，大量的研究者將目
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：O475

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2642147