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TFC'19第十五届全国薄膜技术学术研讨会

作者：高双刘钢李润伟中国科学院磁性材料与器件重点实验室中国科学院宁波材料技术与工程研究所

近年来,人工智能技术飞速发展,对兼具光信号的自适应探测、处理和存储功能的人工视觉传感器提出了迫切需求[1,2]。最近,我们选用高功函数的透明导电氧化物ITO和表面缺陷态丰富的半导体氧化物Nb:SrTiO,构建了结构及其简单的ITO/Nb:SrTiO... 详细信息

近年来,人工智能技术飞速发展,对兼具光信号的自适应探测、处理和存储功能的人工视觉传感器提出了迫切需求[1,2]。最近,我们选用高功函数的透明导电氧化物ITO和表面缺陷态丰富的半导体氧化物Nb:SrTiO,构建了结构及其简单的ITO/Nb:SrTiO肖特基异质结器件[3]。测试结果表明,在整个可见光范围,该器件都具有部分易失的光响应特性,并且在脉冲光激励下,该器件对响应结果具有神经形态处理特性,表现出神经突触的双峰易化、短/长时程记忆、经验式学习行为等特性。更重要的是,实验发现,外电场可显著调控该异质结的光响应效率,正、负电压分别引起增强和抑制效果。深入研究表明,光信号主要激发异质结界面的缺陷态,而电信号则主要通过驱动氧离子迁移实现界面缺陷态的密度调控,两者协同调节界面肖特基势垒的高度和宽度,从而获得可电调控的光响应效率。基于此,将光和电分别作为激励和调制信号,很好地实现了兴趣等因素调制的人类视觉记忆功能模拟。该工作为未来智能人工视觉技术发展提供了重要的材料与技术储备。

关键词：氧化物异质结光电忆阻器神经突触仿生人工视觉

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飞秒激光泵浦LaAlO_(3)/SrTiO_(3)异质结产生太赫兹波辐射

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物理学报 2022年第9期71卷 47-53页

作者：魏高帅张慧吴晓君张洪瑞王春王博汪力孙继荣中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家研究中心北京100190 中国科学院大学物理科学学院北京100049 北京航空航天大学集成电路科学与工程学院北京100191 北京航空航天大学电子信息工程学院北京100191

自铁磁金属在飞秒激光泵浦下的超快退磁效应发现以来,电子的自旋属性逐渐被应用于太赫兹电磁波的产生.利用逆Rashba-Edelstein效应产生太赫兹辐射首先在Ag/Bi界面得到证实,而LaAlO_(3)/SrTiO_(3)界面通过该效应产生直流的自旋-电荷转换... 详细信息

自铁磁金属在飞秒激光泵浦下的超快退磁效应发现以来,电子的自旋属性逐渐被应用于太赫兹电磁波的产生.利用逆Rashba-Edelstein效应产生太赫兹辐射首先在Ag/Bi界面得到证实,而LaAlO_(3)/SrTiO_(3)界面通过该效应产生直流的自旋-电荷转换效率要高于Ag/Bi界面约一个数量级,但利用该结构转化自旋流来产生太赫兹的有效性尚待系统的研究.本文制备了NiFe/LaAlO_(3)//SrTiO_(3)(001)系列样品,在飞秒激光泵浦下观察到了太赫兹辐射的产生及其对磁场方向的依赖效应,并通过改变LaAlO;层的厚度验证了超扩散模型与光学传输模型的有效性,观察到了在LaAlO_(3)/SrTiO_(3)界面由于多次反射导致太赫兹波的减弱,为进一步优化太赫兹波的产生提供了实验和理论支持.

关键词：太赫兹辐射自旋流逆Rashba-Edelstein效应氧化物异质结

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微纳加工制作基于LaAlO3/SrTiO3异质结的自旋霍尔效应器件研究

微纳加工制作基于LaAlO3/SrTiO3异质结的自旋霍尔效应器件研究

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作者：徐健刚中国科学技术大学

学位级别：硕士

LaAlO3/SrTiO3 (LAO/STO)异质结界面存在着二维电子气(2DEG)并且2DEG具有丰富的性质,包括超导性、铁磁性、超导与铁磁共存以及很强的Rashba自旋轨道耦合(Rashba SOC)。针对LAO/STO界面Rashba SOC的研究表明,SOC强度能够被栅压进行有效... 详细信息

LaAlO3/SrTiO3 (LAO/STO)异质结界面存在着二维电子气(2DEG)并且2DEG具有丰富的性质,包括超导性、铁磁性、超导与铁磁共存以及很强的Rashba自旋轨道耦合(Rashba SOC)。针对LAO/STO界面Rashba SOC的研究表明,SOC强度能够被栅压进行有效调控。受栅压调控的SOC意味着可以通过改变栅压而影响自旋的进动、弛豫,这使得LAO/STO异质结有望成为下一代电子器件-自旋电子学器件的平台,包括实现自旋场效应晶体管。实际的自旋电子学器件要求通过自旋注入或者其它手段实现非平衡的自旋积累,然后在自旋传输(扩散)过程中对自旋进行操控,最后对自旋信号进行探测。而自旋霍尔效应(SHE)与逆自旋霍尔效应(ISHE)为产生非平衡自旋积累,探测自旋信号的有效手段。事实上,在LAO/STO异质结中实现非平衡自旋积累以及进行自旋输运现在还少有研究。这主要是由于LAO/STO异质结的自旋扩散长度很短,根据最近的报道仅在百纳米量级。我们希望利用SHE (ISHE)器件在LAO/STO中产生非平衡自旋积累并进行自旋信号探测,同时通过栅压调控SOC强度实现对自旋的操控。要在LAO/STO异质结中制作SHE器件要求对其进行微纳加工,实现与自旋扩散长度相当尺寸的器件(百纳米)。尽管文献中有多种针对LAO/STO进行微纳加工的方法被提出,要实现百纳米的器件依然具有挑战。其中一个重要原因是由于传统的干法刻蚀容易在STO衬底引入氧空位而使得衬底导电。衬底导电将导致器件不可靠。除了尺寸要求外,要实现受栅压调控的SHE器件,还要求百纳米尺寸的LAO/STO器件仍然具有Rashba SOC且SOC强度能够被调控。我们首先研究了百纳米尺寸LAO/STO器件的可靠性。我们采用文献报道的低能Ar+辐照方法制作LAO/STO器件。利用这种方法能够实现可靠的大尺寸器件(微米量级)。但是当器件尺寸减小到几百纳米时,器件中本应绝缘的区域变得导电。具体来讲,如果器件中的两条导电通道间隔仅为几百纳米,那么两条通道之间的区域将会导电,这使得器件不可靠。我们研究发现可以通过聚焦离子束(Focused ion beam, FIB)刻蚀在百纳米尺度内实现有效的绝缘。这使得制作可靠的百纳米尺寸SHE器件成为可能。其次,我们研究了不同宽度LAO/STO条带Rashba SOC强度被栅压调控的效果。通过研究LAO/STO条带的磁输运性质,我们发现当条带较宽时(几微米),栅压能有效地调控SOC强度。但是当条带宽度较小到几百纳米时,栅压调控SOC的能力减弱甚至消失。我们认为这是由于条带边界的缺陷中心俘获了载流子从而影响了栅压的调控能力。进一步我们通过激光激发,使得被束缚的载流子重新回到导带参与导电。我们发现此时Rashba SOC能够重新被激光与栅压共同作用而被调控。SOC能够重新被调控,使得我们今后可以在百纳米器件中调节SOC强度从而实现对自旋的操控。百纳米LAO/STO器件的可靠性,以及可调节的SOC强度为我们下一步实现SHE器件奠定了基础。

关键词：氧化物异质结 LaAlO3/SrTiO3界面自旋霍尔效应微纳加工磁输运 Rashba自旋轨道耦合

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Al2O3/SrTiO3及Al2O3/KTaO3异质结的电输运性质研究

Al2O3/SrTiO3及Al2O3/KTaO3异质结的电输运性质研究

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作者：马晓蓉天津大学

学位级别：硕士

在氧化物界面处产生的二维电子气体(2DEG)因具有许多奇异的物理性质而受到了人们的广泛研究。在AlO/Sr Ti O(STO)和AlO/KTa O(KTO)异质结界面上发现的2DEG,为实现新一代全氧化物以及自旋电子器件提供了机会。然而,STO基氧化物异质界面... 详细信息

在氧化物界面处产生的二维电子气体(2DEG)因具有许多奇异的物理性质而受到了人们的广泛研究。在AlO/Sr Ti O(STO)和AlO/KTa O(KTO)异质结界面上发现的2DEG,为实现新一代全氧化物以及自旋电子器件提供了机会。然而,STO基氧化物异质界面的室温迁移率较低(0.5-10 cm/Vs),限制了其在电子器件方面的应用。再者,以往的研究大多数都集中在STO基2DEG上,对于KTO基2DEG却鲜有研究。基于此,本文主要对AlO/STO和AlO/KTO异质结的电输运特性进行了研究。获得了以下结果:(1)采用磁控溅射法制备了不同基底温度下的AlO/STO异质结,对其电输运特性进行了研究。通过改变生长温度以及进行退火实现了对载流子浓度的调控。550℃及以上的样品其电阻-温度曲线呈现出了良好的金属导电特性,表明在异质结界面处产生了高质量的2DEG。在生长温度为600℃的样品中获得了高达41 cm/Vs的室温迁移率,远高于文献的报道值。通过对迁移率散射机制的分析,发现较高的载流子浓度是产生高室温迁移率的主要原因。电子-电子散射和LO声子散射同时对室温迁移率起作用,主导因素仍然是LO声子散射。文中还观察到了STO晶格中发生的结构相变,引起了磁电阻随温度的变化。(2)首次采用磁控溅射法获得了AlO/KTO异质结,研究了这一新型氧化物异质结的电输运性质。随着温度的降低,电阻-温度曲线呈现出先下降(T>50 K),后剧烈增大(10 K氧化物异质结体系中的首次报道。测试磁电阻效应,发现低磁场范围内存在由Rashba自旋轨道耦合引起的反弱局域效应。低温电阻的饱和原因很可能来源于反弱局域效应和电子-电子相互作用之间的竞争。文中通过改变基底温度实现了对电输运特性的调控,室温迁移率在13.2-25.8 cm/Vs的范围内发生变化,并且随着基底温度的升高而逐渐增大。

关键词：氧化物异质结二维电子气室温迁移率电子-电子相互作用

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MgZnO/ZnO及Al2O3/SrTiO3异质结的电输运性质研究

MgZnO/ZnO及Al2O3/SrTiO3异质结的电输运性质研究

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作者：李秋林天津大学

学位级别：硕士

以MgZnO/ZnO及AlO/SrTiO异质结为代表的氧化物异质结界面处二维电子气(2DEG)的发现,为高电子迁移率晶体管(HEMT)、高温高频高功率器件以及半导体激光器等的制备提供了新的可能。以SnO薄膜为代表的透明导电氧化物(TCO)薄膜,在平板显示、... 详细信息

以MgZnO/ZnO及AlO/SrTiO异质结为代表的氧化物异质结界面处二维电子气(2DEG)的发现,为高电子迁移率晶体管(HEMT)、高温高频高功率器件以及半导体激光器等的制备提供了新的可能。以SnO薄膜为代表的透明导电氧化物(TCO)薄膜,在平板显示、触摸屏、太阳能电池、透明视窗、热反射膜和电磁屏蔽窗等方面有着广泛的应用。本文主要对MgZnO/ZnO异质结、AlO/SrTiO异质结以及SnO薄膜的电输运性质进行了研究。首先,在室温条件下通过射频磁控溅射法成功制备了 MgZnO/ZnO异质结,并对其电输运性质进行了研究。霍尔测量结果表明,样品为简并半导体。在外加垂直磁场下,发现随着温度的升高,正磁电阻逐渐向负磁电阻转变,并且在300 K下样品仍呈现出负磁电阻,这可以用二维弱局域(WL)理论和二能带模型来描述。电子退相干长度Lφ和温度的依赖关系满足Lφ∝ T-05,表明体系的电子退相干机制主要是电子-电子散射。其次,通过射频磁控溅射法成功制备了 AlO/SrTiO异质结,并对其电输运性质进行了研究。电阻-温度关系表明样品呈现金属导电特性,获得了高迁移率(105 cm2/Vs)的2DEG,还观察到了超过1100%的极大的线性磁电阻,可以用样品的不均匀性结合经典抛物线型磁电阻来解释。通过分析迁移率对温度的依赖关系,发现在中间温区(10K

关键词：氧化物异质结二维电子气磁电阻弱局域效应

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