半金属-自旋无隙半导体结作为实现理想二极管的途径
材料科学
2020-09-25 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
理想二极管是一个理论概念，即在正向偏压下完全导通电流而无任何损耗，在反向偏压下表现得像完美绝缘体。然而，真实二极管具有结势垒，电子必须克服它，因此它们具有阈值电压 ，必须施加于二极管以使其开启。该阈值电压以热的形式产生功耗，因而是不良特性。本工作中，基于半金属磁体与自旋无隙半导体，我们提出一种无结势垒的二极管概念，其工作原理依赖于 HMM 与 SGS 材料的自旋相关输运性质。我们表明 HMM 与 SGS 材料在任何有限正向偏压下形成欧姆接触，而对于反向偏压，由于电子的自旋相关过滤，电流被阻断。因此，HMM-SGS 结充当具有零阈值电压 、线性 特性以及零温度下无限开关比的二极管。然而，在有限温度下，非自旋翻转的热激发高能电子以及低能自旋翻转激发可产生漏电流，从而降低反向偏压下的开关比。此外，零阈值电压使得能够检测极弱信号，且由于欧姆 HMM-SGS 接触，所提出的二极管具有更高的电流驱动能力与低电阻，相较于传统半导体二极管具有优势。我们采用 NEGF 方法结合 DFT 来展示基于二维半金属 Fe/MoS 与自旋无隙半导体 VS 平面异质结的所提二极管的线性 特性。
引用
@article{arxiv.2009.10463,
title = {Half-Metal Spin-Gapless Semiconductor Junctions as a Route to the Ideal Diode},
author = {E. Şaşıoğlu and T. Aull and D. Kutschabsky and S. Blügel and I. Mertig},
journal= {arXiv preprint arXiv:2009.10463},
year = {2020}
}
备注
12 pages, 9 figures