半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中不必要電子噪聲的潛在用途

聲學(xué)仿真初學(xué)者

2023年8月14日 14:12

隨機(jī)電報(bào) 噪聲（Random Telegraph Noise，RTN）是一種電子噪聲，它會(huì)引起信號(hào)處理中的波動(dòng)和錯(cuò)誤，長(zhǎng)期以來(lái)一直是電子系統(tǒng)中的一個(gè)麻煩。然而，來(lái)自韓國(guó)基礎(chǔ)科學(xué)研究所（IBS）集成納米結(jié)構(gòu)物理中心的一組研究人員取得了一項(xiàng)的突破，可以潛在地利用半導(dǎo)體的這些波動(dòng)。由LEE Young Hee教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組報(bào)告說(shuō)，通過(guò)在二硒化鎢（V-WSe2）中引入釩作為微小的磁性摻雜劑，可以在vdW層狀半導(dǎo)體（一類(lèi)具有層狀結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料，其名稱(chēng)來(lái)源于van der Waals力，這是一種分子間相互作用力。）中產(chǎn)生磁波動(dòng)和巨大的RTN信號(hào)。

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中不必要電子噪聲的潛在用途的圖1

橫向器件的高接觸電阻通常限制了固有量子態(tài)的表現(xiàn)，進(jìn)一步降低了器件的性能。為了克服這些限制，研究人員通過(guò)在頂部和底部石墨烯電極之間夾幾層磁性材料V-WSe2，引入了一種垂直磁性隧道結(jié)裝置。該器件即使在釩摻雜濃度僅為約0.2%的情況下，也能表現(xiàn)出磁性波動(dòng)等固有量子態(tài)，實(shí)現(xiàn)高幅度RTN信號(hào)。

該研究的第一作者lananh T. NGUYEN博士說(shuō)：“成功的關(guān)鍵是通過(guò)構(gòu)建低接觸電阻的垂直磁性隧道結(jié)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)電阻的大的磁波動(dòng)。”

通過(guò)使用這些裝置的電阻測(cè)量實(shí)驗(yàn)，研究人員觀察到在定義良好的兩穩(wěn)定狀態(tài)之間具有高達(dá)80%的高振幅的RTN。在雙穩(wěn)態(tài)下，磁疇之間的層內(nèi)和層間耦合相互競(jìng)爭(zhēng)，電阻的磁波動(dòng)隨溫度的升高而增大。他們能夠通過(guò)RTN直方圖中的離散高斯峰來(lái)識(shí)別這種雙穩(wěn)態(tài)磁狀態(tài)，這些峰在噪聲功率譜中具有獨(dú)特的特征。

最重要的是，研究人員發(fā)現(xiàn)只需改變電壓極性就可以切換RTN的雙穩(wěn)態(tài)磁性狀態(tài)和截止頻率。這一令人興奮的發(fā)現(xiàn)為1/f2噪聲光譜在磁性半導(dǎo)體中的應(yīng)用鋪平了道路，并為自旋電子學(xué)提供了磁開(kāi)關(guān)能力。

李教授解釋說(shuō):“這是觀察磁性半導(dǎo)體中大電阻波動(dòng)的雙穩(wěn)態(tài)磁態(tài)的第一步，并通過(guò)自旋電子學(xué)中簡(jiǎn)單的電壓極性提供1/f2噪聲的磁開(kāi)關(guān)能力。”

這項(xiàng)工作是通過(guò)與淑明女子大學(xué)（Sookmyung Women's University）的JOO Min-Kyu和哈佛大學(xué)的KIM Philip合作的跨學(xué)科研究完成的。

信息源于：miragenews

文章來(lái)源21dB聲學(xué)人

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