半导体自旋电子材料与器件基础  080501M05026H

学期:2020—2021学年(春)第二学期 | 课程属性:专业普及课 | 任课教师:赵建华,王海龙,魏大海
授课时间: 星期一,第1、2 节
授课地点: 教一楼417
授课周次: 4、5、6、7、8、9、10
授课时间: 星期三,第1、2 节
授课地点: 教一楼417
授课周次: 4、5、6、7、8、9、10
授课时间: 星期五,第1、2 节
授课地点: 教一楼417
授课周次: 4、5、6、7、8、9、10
课程编号: 080501M05026H 课时: 40 学分: 2.00
课程属性: 专业普及课 主讲教师:赵建华,王海龙,魏大海 助教:赵旭鹏
英文名称: Semiconductor Magnetic Quantum Structures 召集人:

教学目的、要求

半导体工艺正在迈进7 nm的节点,摩尔定律即将走到尽头,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            (6学时)
1.1 半导体和人类的生活
1.2 半导体自旋电子学
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
1.3.1 磁性半导体
1.3.2 铁磁/半导体异质结构
1.4 分子束外延技术

第二章 磁光和自旋热电性质                              (8学时)
2.1 磁学基础
2.2 自旋动力学
2.3 磁光效应与自旋分辨测量
2.4 自旋热电效应

第三章 半导体自旋注入和探测                            (8学时)
3.1 自旋相关磁阻效应、霍尔效应
3.2 非局域自旋阀、自旋泵浦等纯自旋流注入和探测
3.3 自旋极化电流注入、自旋操纵及探测
3.4 半导体中自旋输运理论模型
3.5 自旋探测原理与研究进展
3.6 电学自旋注入原理与研究进展
3.7 电学自旋调控的原理与研究进展
3.8 自旋极化率的概念及其实验测量


第四章 拓扑自旋电子材料及相关物理效应                     (6学时)
4.1 物理中的拓扑与对称性
4.2 拓扑绝缘体与量子自旋霍尔效应(拓扑半导体)
4.3 拓扑半金属与三维量子霍尔效应
4.4 磁性斯格明子及其电学调控
4.5 手性磁体及其多场调控

第五章 半导体自旋电子器件加工                            (4学时)
5.1 光刻与电子束曝光原理与工艺
5.2 湿法腐蚀与干法刻蚀
5.3 典型自旋电子器件的设计
5.4 若干自旋电子器件的加工

第六章 强自旋轨道耦合半导体纳米结构                        (4学时)
6.1 纳米尺度InAs和InSb等III-V族窄禁带半导体制备与结构表征
6.2 InAs和InSb等纳米结构自旋相关输运性质
6.3 低维窄禁带半导体基自旋电子器件器件
6.4 窄禁带半导体/超导体纳米线异质结构

第七章 总结与考试                                          (4学时)

参考文献

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