自旋场效应晶体管 摘要：自旋电子学是近年来新兴的备受关注的学科，其发展讲对未来电子工业发展起到重要作用。本文介绍了以自旋电子学为基础的一种新型半导体器件—自旋场效应晶体管，简要介绍了其基本原理，研究现状，及电导特性，应用前景。关键词：自旋电子学 电光效应 自旋注入效率引言：自旋电子学自 1994 年被确认为凝聚态领域的一个新型交叉学科而备受科学界和电子工业界的关注，具有广阔的应用前景。自旋电子学的出现被称为是1999 年物理学界十大重大事件之一，它的研究已经成为凝聚态物理、信息科学及新材料等诸多领域共同关注的研发热点，并将成为本世纪信息产业的基础，对未来的电子工业发展将起到举足轻重的作用。 作为现代信息产业基本元素的半导体器件， 是以电子（或空穴）的电荷特征来传递信息，而 电子自旋由于随机取向，因而不携带信息。具体 地说，通常电子在输运过程中由于碰撞而导致自旋磁矩在空间的取向混乱，因此在宏观输运性质中仅需要考虑电子具有电荷就足够了。自旋电子学不仅利用电荷，而且需利用电子的自旋特性，它将通过操纵电子自旋来进行信息处理。随着微加工技术和大规模集成电路的发展，电子器件的尺寸越做越小，当尺度在纳米范围内，自旋在很多方面要比电荷更优越，如数据处理快、能耗低、集成度高、稳定性好等。因此，自旋电子将会逐步取代微电子而成为工业的主流。 自旋电子学器件的应用，特别是在计算机信息产业中的应用已取得了巨大的成绩，如利用巨磁电阻（GMR）效应做的磁头用在计算机（2000 年世界硬盘的产量已达 2 亿台）硬盘存储上，使记录密度由 1988 年得 50Mb/in 发展到 2003 年的 100Gb/in，提高了千倍之多。这充分说明了 GMR 是未来外储存器市场最重要的类型产品，它将促进我国计算机技术的发展并带来巨大的经济效益。此外，利用 GMR 效应制备的磁随机存储器（MRAM）作为计算机内存芯片将是下一步推进计算机技术发展的一场革命，并有可能取代半导体芯片。1999~2001 年，美国的 IBM，摩托罗拉，德国的 Infineon 等公司先后研制成功了实用的 MRAM芯片。但这些还仅仅是自旋电子学的初步应用，目前，自旋极化电子在半导体的有效传输，操纵已基本实现。2002 年 6 月《SCIENCE》杂志还报道了利用电子自旋特性制作的亚微米尺寸磁性“非门”和寄存器，利用电子自旋还有可能制作自旋电子学器件，来实现量子计算，量子通信等，这些研究应用的理论基础就是自选输运的研究。...
