磁性双极性晶体管的自旋极化电流放大与自旋注入

磁性双极性晶体管（MBT）是一种具有平衡和非平衡自旋（磁化）的发射极、基极或集电极的双极性结晶体管。我们发展了MBT中自旋极化输运的低注入理论，并推广至一维磁性 p-n 结阵列的更一般情况，本文通过几个重要案例进行说明。讨论了两个主要物理现象：电气自旋注入和自旋控制的电流放大（磁放大）。我们指出，发射极的自旋可从发射极注入到集电极。若MBT的基极具有平衡磁化，其自旋可通过内在的自旋注入从基极注入到集电极。导致集电极自旋积聚，其大小与 $\exp(qV_{be}/k_BT)$ 成正比，其中 $q$ 为基本电荷，$V_{be}$ 为发射极-基极结的偏置，$k_B T$ 为热能。通过平衡自旋和非平衡自旋均可控制MBT的电流。平衡自旋控制平衡电子和空穴密度的大小，从而控制电流。增加基极（发射极）的平衡自旋极化程度会增加（降低）电流放大比。若发射极存在非平衡自旋，且基极或发射极具有平衡自旋，可产生胶形磁化放大效应，即平行和反平行自旋方向下的电流放大比例显著不同。该理论通过定性分析加以阐明，并以具有通用材料参数的MBT实例进行说明。