具有高居里溫度和高自旋極化度的鐵磁半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)材料的設(shè)計(jì)及模擬.pdf

1、本文主要研究了Ⅲ-V基鐵磁半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)的磁性特征。根據(jù)鐵磁半導(dǎo)體材料的RKKY相互作用理論和Zener模型，自洽求解一維Schrodinger方程和Poisson方程，表征了不同鐵磁半導(dǎo)體低維結(jié)構(gòu)及器件的鐵磁特征。著重研究了鐵磁異質(zhì)結(jié)中不同受主雜質(zhì)類型、摻雜方式及濃度對(duì)材料居里溫度(Tc)的影響；深入討論了外加電場(chǎng)對(duì)Mn delta摻雜的GaAs/AlGaAs量子阱居里溫度的調(diào)制行為；同時(shí)也分析了鐵磁共振隧穿二極管自旋極化電流和隧穿行為

2、。研究結(jié)果對(duì)獲得高居里溫度和高自旋極化度的低維鐵磁半導(dǎo)體材料具有一定的指導(dǎo)意義。主要內(nèi)容如下： 一、采用平均場(chǎng)模型對(duì)Mn delta摻雜GaAs/p-AlGaAs異質(zhì)結(jié)的雙受主行為進(jìn)行自洽數(shù)值計(jì)算，探討了Mn,Be雙受主濃度及摻雜方式對(duì)材料鐵磁性能的影響。發(fā)現(xiàn)材料的鐵磁相變溫度隨著壘中Be濃度的增加階躍上升，而隨著阱中有效：Mn濃度的增加連續(xù)變大；分析了不同受主在材料中具體的物理行為及各自對(duì)pd相互作用的貢獻(xiàn)。在此基礎(chǔ)上，我們建

3、立了雙受主delta調(diào)制摻雜異質(zhì)結(jié)模型，研究表明可以使體系的居里溫度提高近70K。 二、建立了Mn選擇性delta摻雜GaAs/AlGaAs寬量子阱結(jié)構(gòu)模型。詳細(xì)分析了外加電場(chǎng)對(duì)其居里溫度的調(diào)制作用。針對(duì)不同的量子阱寬度和Mn delta摻雜的位置，計(jì)算了量子體系Tc隨外加電場(chǎng)的變化關(guān)系。研究表明在寬量子阱(Lw>20nm)中，通過施加較低的外電場(chǎng)可以使居里溫度得到迅速增加。在Lw=40nm，Mn(9/10)Lw摻雜量子阱中，當(dāng)

4、外加電場(chǎng)達(dá)到0.3 meV/nm時(shí)，居里溫度比未加電場(chǎng)時(shí)提高了5倍。所建模型使自旋半導(dǎo)體器件在室溫下工作成為可能。 三、利用WinGreen模擬軟件，探索了InGaN/GaMnN鐵磁共振隧穿二極管結(jié)構(gòu)的自旋隧穿行為，著重分析了In組分和溫度對(duì)電場(chǎng)調(diào)節(jié)下器件的電流密度和自旋極化度的影響。當(dāng)量子阱中In濃度為15％(大于積累區(qū)In濃度)時(shí)，在自旋分裂能很低的情況下(10 meV)，可以得到非常顯著的自旋分裂電流，低溫下可以得到幾乎1