隧道效应教案解析.pptVIP

* * 异质Ｐ－Ｎ结加反向电压发光 加反向电压，P一N结也可发光，只是要加较高的反向电压，发光的机理也有差别。 如图2一1８（a）所示为Ｃｕ２Ｓ－ＺｎＳ异质P－N结未加电压时的能带情形。图2．1８（b）表明，当加反向电压V时，Ｃｕ２Ｓ价带电子可隧穿到ＺｎＳ的导带。 高的反向电压形成的强电场使隧穿电子获得有效加速，足以产生碰撞离化，当电子再与已离化的发光中心复合时就会发光。 在反向电压激发下的金属－半导体（ＭＳ）结和金属一绝缘层－半导体（ＭＩＳ）结都能实现场致发光，如将稀土元素注入ZnS晶体中制备出在反向电压下可发黄、绿、蓝光的发光二极管。 适当选择PN结杂质浓度，可制成反向击穿 以齐纳击穿为主的齐纳二极管，其电流一电压特性如图2-50。它有很陡峭的反向击穿特性，在击穿电压处有稳定电压的作用。由于采用特殊的制造工艺，击穿在一定范围内是可逆的，当去除反向偏压时二极管仍可恢复正常。 3.齐纳二极管 图2-50 它的稳压原理如下： (1)当负载RL不变，而Vi增大时，Vo，Vz将上升，随后 I z 大大增加，于是I ＝ I z ＋ I L 增加很多，IR也增加，这样V i 增量的绝大部分都落在R上，而V o基本不变。 (2)当V i 不变，R L 增大时，I L 将减小，I 也减小，IR分压减小，Vo和Vz上升，Iz迅速增大。Iz与I L一增一减使I基本不变，Vo也就稳定了。 可见，D z与R共同作用的结果就使在V i 或 RL变化的情况下维持输出电压V o的恒定。 图2－51 图2-51是应用齐纳二级管组成的稳压电路，其中Dz是齐纳二级管，输入电压Vi 、输出电压V0及齐纳二级管端电压Vz的关系为 V0 ＝ Vi － I R ＝ Vz * 双异质结结构 隧道结巨磁电阻效应 2007年10月，科学界的最高盛典—瑞典皇家科学院颁发的诺贝尔奖揭晓了本年度，法国科学家阿尔伯特·费尔 (Albert Fert)和德国科学家彼得·格林贝格尔(Peter Grünberg)分别独立发现巨磁阻效应而共同获得2007年诺贝尔物理学奖 ALBERT FERT PETER GRüNBERG France Germany 1938- 1939- 在两个磁性层中，如果磁化的方向相同，具有平行自旋的电子（红色）就可以通过整个体系而不会有大范围的散射。因此，体系的总电阻很小。 在两个磁性层中，如果磁化的方向相反，在其中一层具有反平行自旋的所有电子将被强烈的散射。因此，体系的总电阻很高。 12-318出品 1995年,人们以绝缘层Al2O3代替导体Cr,在Fe/Al2O3/Fe三明治结构中观察到很大的隧道磁电阻(Tunneling Magnetoresistance,TMR)现象,从而开辟了自旋电子学研究的又一个新方向. 反平行自旋电子 平行自旋电子 铁磁场取向 两磁层的自旋排列对准时，电子的隧穿能量比起只有一层的自旋对准时要小。当两磁层的取向相同时，自旋对准的电子有较高的隧穿几率通过绝缘层（上图低阻态）。当两磁层的取向相反时，两种自旋的电子的隧穿几率都会降低（下图高阻态）。 铁磁层 绝缘层 铁磁层 12-318出品 GMR效应被发现以后。人们设计出一种三明治结构,使相邻铁磁层的磁矩不存在(或只存在很小的)交换耦合,则在较低的外磁场下相邻铁磁层的磁矩能够在平行与反平行排列之间变换,从而引起磁电阻的变化,这就是所谓的自旋阀结构(spin valve).自旋阀结构的出现,使得巨磁电阻效应的应用很快变为现实. 巨磁电阻在硬盘存储中的应用 巨磁电阻随机存储器MRAM 巨磁电阻效应在传感器中的应用 巨磁电阻效应的应用 硬盘的信息密度 面密度(giga-bits/cm2) Year 100 10 1 0.1 0.01 0.001 1980 1990 2000 2010 MR GMR (10亿比特/cm2) 硬盘 读出头 优 点 第一，MRAM属于非挥发性存储器。由于它依靠存储单元中磁矩的方向来存储数据，所以其具有断电信号保存功能。 第二，MRAM具有很快的读写速度。它的读写速度比传统的EEPROM和flash快了1000倍。 第三，MRAM具有低能耗的特性。 “