半导体自旋电子材料与器件基础  051M5094H

学期:2017—2018学年(春)第二学期 | 课程属性:专业普及课 | 任课教师:赵建华,魏大海,鲁军,王晓蕾,潘东,王海龙
授课时间: 星期三, 第1、2节
授课地点: 教1-407
授课周次: 5、6、7、8、9、10、11
授课时间: 星期五, 第1、2节
授课地点: 教1-407
授课周次: 5、6、7、8、9、10、11
授课时间: 星期一, 第1、2节
授课地点: 教1-407
授课周次: 5、6、7、8、9、10、11
授课时间: 星期一, 第1、2节
授课地点: 教1-407
授课周次: 5、6、7、8、9、10、11
授课时间: 星期三, 第1、2节
授课地点: 教1-407
授课周次: 5、6、7、8、9、10、11
授课时间: 星期五, 第1、2节
授课地点: 教1-407
授课周次: 5、6、7、8、9、10、11
课程编号: 051M5094H 课时: 30 学分: 1.5
课程属性: 专业普及课 主讲教师:赵建华,魏大海,鲁军,王晓蕾,潘东,王海龙
英文名称: Semiconductor Magnetic Quantum Structures

教学目的、要求

半导体工艺正在迈进7 nm的节点,摩尔定律遇到了严峻的挑战,呼唤新的技术革命包括新材料的出现。而在人类生活中发挥着重要作用的磁性材料和半导体,200多年以来就像两条铁轨一样并行发展着,鲜有交集。半导体自旋电子材料可以结合磁性材料与半导体的特征,用来操控半导体中电子自旋自由度,有望将逻辑运算、磁存储、光通信三个功能集成在单个芯片上,研发出新一代半导体自旋电子功能器件,从而满足未来信息领域超高速、低功耗和超大容量的发展需求。本课程为材料学科各专业硕士生和博士生的普及课,主要介绍半导体自旋电子材料与器件的研究基础、前沿进展以及未来应用,具体包括半导体自旋电子材料的制备、相关器件微纳加工、性能测试以及自旋调控技术等。主要授课对象包括材料学、凝聚态物理学和微电子等专业的研究生,也可以作为其他理工科研究生拓宽视野的选修课。通过此课程的学习,可以了解和掌握作为后摩尔时代的一类代表性材料半导体自旋电子材料与相关器件的基本特性、主要研究进展、面临的挑战与机遇。

预修课程

大学物理,固体物理

教 材

主要内容

第一章 半导体自旋电子材料与器件研究进展简介            	(4学时)	
1.1摩尔定律终结?
1.2半导体自旋电子材料与及器件与现代信息技术的关系
1.3半导体自旋电子材料与器件基本特性、主要研究进展、面临的挑战与机遇
第二章 磁性半导体材料的制备及磁学性质					(4学时)
2.1半导体磁性材料:研究历史;材料体系
2.2 晶体结构及生长制备:晶体结构及缺陷;分子束外延及原位检测
2.3 磁学性质:长程磁有序;磁各向异性
2.4 磁性调控:电学调控;光学调控
第三章 磁光和自旋热电性质				           	(4学时)
3.1自旋动力学简介:超快退磁;磁化翻转;磁畴运动
3.2 磁光性质:磁光效应简介;超快和显微磁成像 
3.3 自旋热电性质:	常规热电效应简介;自旋塞贝克效应;反常能斯特效应
第四章 半导体自旋注入和探测								(4学时)
4.1磁输运性质:各向异性磁电阻;反常霍尔效应
4.2半导体自旋电子注入和探测基础:自旋极化电流注入;自旋操纵及探测
4.3半导体自旋注入界面工程:铁磁金属/半导体异质结;电导匹配问题及分析
4.4纯自旋注入和探测:纯自旋流;侧向非局域自旋阀;光学泵浦与自旋泵浦;自旋霍尔效应
第五章 强自旋轨道耦合半导体纳米结构                  (4学时)
5.1 纳米尺度InAs和InSb等III-V族窄禁带半导体制备与结构表征
5.2 InAs和InSb等纳米结构自旋相关输运性质
5.3低维窄禁带半导体基自旋电子器件
第六章 拓扑自旋电子材料							           (4学时)
6.1 “拓扑”简介:对称性和拓扑;拓扑在凝聚态物理中的应用
6.2 拓扑自旋电子材料: 拓扑绝缘体;拓扑半金属
6.3 拓扑磁性结构:斯格明子;手性磁畴
第七章 半导体自旋电子器件				             	(4学时)
7.1 器件加工工艺:光刻;电子束曝光;离子束刻蚀
7.2 基本磁电效应:巨磁阻效应;隧穿磁阻效应
7.3 典型自旋电子器件:磁随机存储器;自旋发光二极管;自旋逻辑器件
第八章 总结									  		     (2学时)

参考文献

1.	韩秀峰等 编著,《自旋电子学导论》,2014,科学出版社。
2.	Yongbing Xu,David D. Awschalom,Junsaku Nitta, Editors,《Handbook of Spintronics》, 2016,
Berlin: Springer Netherlands
3.	夏建白、葛惟昆、常凯 编著,《半导体自旋电子学》,2008,科学出版社。