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用于自旋电子学应用的锗纳米线晶体管中的亚铁锗化物。

Ferromagnetic germanide in Ge nanowire transistors for spintronics application.

机构信息

Device Research Laboratory, Department of Electrical Engineering, University of California, Los Angeles, California 90095, USA.

出版信息

ACS Nano. 2012 Jun 26;6(6):5710-7. doi: 10.1021/nn301956m. Epub 2012 Jun 11.

DOI:10.1021/nn301956m
PMID:22658951
Abstract

To explore spintronics applications for Ge nanowire heterostructures formed by thermal annealing, it is critical to develop a ferromagnetic germanide with high Curie temperature and take advantage of the high-quality interface between Ge and the formed ferromagnetic germanide. In this work, we report, for the first time, the formation and characterization of Mn(5)Ge(3)/Ge/Mn(5)Ge(3) nanowire transistors, in which the room-temperature ferromagnetic germanide was found through the solid-state reaction between a single-crystalline Ge nanowire and Mn contact pads upon thermal annealing. The atomically clean interface between Mn(5)Ge(3) and Ge with a relatively small lattice mismatch of 10.6% indicates that Mn(5)Ge(3) is a high-quality ferromagnetic contact to Ge. Temperature-dependent I-V measurements on the Mn(5)Ge(3)/Ge/Mn(5)Ge(3) nanowire heterostructure reveal a Schottky barrier height of 0.25 eV for the Mn(5)Ge(3) contact to p-type Ge. The Ge nanowire field-effect transistors built on the Mn(5)Ge(3)/Ge/Mn(5)Ge(3) heterostructure exhibit a high-performance p-type behavior with a current on/off ratio close to 10(5), and a hole mobility of 150-200 cm(2)/(V s). Temperature-dependent resistance of a fully germanided Mn(5)Ge(3) nanowire shows a clear transition behavior near the Curie temperature of Mn(5)Ge(3) at about 300 K. Our findings of the high-quality room-temperature ferromagnetic Mn(5)Ge(3) contact represent a promising step toward electrical spin injection into Ge nanowires and thus the realization of high-efficiency spintronic devices for room-temperature applications.

摘要

为了探索通过热退火形成的锗纳米线异质结构中的自旋电子学应用,开发具有高居里温度的铁磁锗化物并利用 Ge 与形成的铁磁锗化物之间的高质量界面是至关重要的。在这项工作中,我们首次报道了 Mn(5)Ge(3)/Ge/Mn(5)Ge(3) 纳米线晶体管的形成和特性,其中通过单晶 Ge 纳米线与 Mn 接触垫之间的固态反应,在热退火后发现了室温铁磁锗化物。Mn(5)Ge(3)和 Ge 之间的原子级清洁界面具有相对较小的晶格失配 10.6%,表明 Mn(5)Ge(3)是高质量的铁磁 Ge 接触。对 Mn(5)Ge(3)/Ge/Mn(5)Ge(3) 纳米线异质结构的温度依赖性 I-V 测量表明,Mn(5)Ge(3)与 p 型 Ge 的肖特基势垒高度为 0.25 eV。基于 Mn(5)Ge(3)/Ge/Mn(5)Ge(3) 异质结构构建的 Ge 纳米线场效应晶体管表现出高性能的 p 型行为,电流开关比接近 10(5),空穴迁移率为 150-200 cm(2)/(V s)。完全锗化的 Mn(5)Ge(3)纳米线的温度依赖性电阻在 Mn(5)Ge(3)的居里温度附近约 300 K 处表现出明显的转变行为。我们发现的高质量室温铁磁 Mn(5)Ge(3)接触代表了向 Ge 纳米线中电注入自旋的有希望的步骤,从而实现了用于室温应用的高效自旋电子器件。

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