硅基半導(dǎo)體電輸運機制及磁阻效應(yīng)研究.pdf

1、非均勻磁阻效應(yīng)(IMR)不僅在低磁場下具有與巨磁阻效應(yīng)(GMR)相媲美的磁敏感性，在高磁場下也具有線性磁阻效應(yīng)，這些特性受到了科研工作者的廣泛關(guān)注，具有重大的研究意義和研究價值。本文研究了溫度和磁場等因素對n型硅和p型硅電輸運性能的影響，得到了負(fù)微分電阻效應(yīng)、磁阻效應(yīng)以及開關(guān)效應(yīng)。
　　 首先，研究分析了n型硅的電輸運性能。研究發(fā)現(xiàn)，在In/SiO2/n-Si/SiO2/In結(jié)構(gòu)器件中，常溫下電輸運體現(xiàn)歐姆接觸性能，低溫下電輸運

2、體現(xiàn)負(fù)微分電阻效應(yīng)，這種性能的轉(zhuǎn)變是由表面氧化層的存在引起的。改變表面氧化層厚度，觀察到負(fù)微分電阻效應(yīng)的閾值電壓隨著氧化層的變薄而逐漸減小。阻抗分析測量表明，表面勢壘結(jié)處的分壓從常溫300k的16％，升高到低溫20k的91％。其機制是由于低溫下隧穿勢壘的增大，電子或者空穴隧穿通過表面氧化層的阻礙作用增大，當(dāng)外加電壓或者電流達到一定值后，發(fā)生雪崩效應(yīng)，宏觀上表現(xiàn)為負(fù)微分電阻效應(yīng)。低溫20k時n型硅具有較好的磁敏感性能，在1T磁場下磁阻可以

3、達到130％，并且磁阻與磁場成線性關(guān)系。
　　 其次，研究分析了p型硅的電輸運性能。在In/SiO2/p-Si/SiO2/In結(jié)構(gòu)器件中，常溫下電輸運體現(xiàn)歐姆接觸性能，低溫下電輸運整體體現(xiàn)負(fù)微分電阻效應(yīng)，電流為201uA時，有一個突變的跳躍點，呈現(xiàn)開關(guān)效應(yīng)。在外加磁場時，磁阻隨外加磁場的增大而增大，且呈現(xiàn)線性關(guān)系。磁場為1T、溫度為10K時，磁阻從31uA的30％升高到301uA的450％;磁場為1T、溫度為20K時，磁阻從31