具有自旋隙半导体或自旋隙金属电极的多功能陡坡自旋电子晶体管
材料科学
2025-04-11 v3 介观与纳米尺度物理
应用物理
摘要
自旋隙半导体（SGS）是一类用于自旋电子应用的有前景材料，能够实现超越传统电子学的功能。本研究提出了一种新型多功能自旋电子场效应晶体管（FET）设计，采用 SGS 和/或自旋隙金属（SGM）作为源极和漏极电极。这些器件的工作原理类似于金属-半导体肖特基势垒 FET，在 SGS（或 SGM）电极与半导体沟道之间形成势垒。与传统肖特基势垒 FET 不同，这些器件利用 SGS/SGM 电极独特的自旋依赖输运性质，实现亚 60 mV/dec 开关，克服了 MOSFET 中 60 mV/dec 的亚阈值摆幅限制，从而实现低电压操作。此外，SGM 还贡献了具有超高峰谷电流比的负微分电阻（NDR）效应。所提出的自旋电子 FET 结合了亚 60 mV/dec 开关、非局域巨磁阻（GMR）和 NDR，使其适用于逻辑存算一体和多值逻辑等应用。这些特性支持超越冯·诺依曼模型的计算架构，实现高效数据处理。二维（2D）纳米材料为这些多功能 FET 提供了有前景的平台。我们筛选了计算 2D 材料数据库以识别合适的 SGS 和 SGM 材料，选择 VS2 作为 SGS 进行模拟。采用非平衡格林函数结合密度泛函理论，模拟了基于 2D II 型 SGS VS2 的 VS2/Ga2O2 FET 的传输特性（ID-VG）和输出特性（ID-VD），预测亚阈值摆幅为 20 mV/dec，高开关比 10^8，以及显著的非局域 GMR 效应，展示了低功耗、高性能应用的潜力。
引用
@article{arxiv.2411.07216,
title = {Multifunctional steep-slope spintronic transistors with spin-gapless-semiconductor or spin-gapped-metal electrodes},
author = {Ersoy Şaşıoğlu and Paul Bodewei and Nicki F. Hinsche and Ingrid Mertig},
journal= {arXiv preprint arXiv:2411.07216},
year = {2025}
}
备注
final version including adapted supplemental material