半导体产业中不必要电子噪声的潜在用途

随机电报 噪声（Random Telegraph Noise，RTN）是一种 电子噪声，它会引起信号处理中的波动和错误，长期以来一直是电子系统中的一个麻烦。然而，来自韩国基础科学研究所（IBS）集成纳米结构物理中心的一组研究人员取得了一项的突破，可以潜在地利用半导体的这些波动。由LEE Young Hee教授领导的研究小组报告说，通过在二硒化钨（V-WSe2）中引入钒作为微小的磁性掺杂剂，可以在vdW层状半导体（一类具有层状结构的半导体材料，其名称来源于van der Waals力，这是一种分子间相互作用力。）中产生磁波动和巨大的RTN信号。

横向器件的高接触电阻通常限制了固有量子态的表现，进一步降低了器件的性能。为了克服这些限制，研究人员通过在顶部和底部石墨烯电极之间夹几层磁性材料V-WSe2，引入了一种垂直磁性隧道结装置。该器件即使在钒掺杂浓度仅为约0.2%的情况下，也能表现出磁性波动等固有量子态，实现高幅度RTN信号。

该研究的第一作者lananh T. NGUYEN博士说：“成功的关键是通过构建低接触电阻的垂直磁性隧道结装置来实现电阻的大的磁波动。”

通过使用这些装置的电阻测量实验，研究人员观察到在定义良好的两稳定状态之间具有高达80%的高振幅的RTN。在双稳态下，磁畴之间的层内和层间耦合相互竞争，电阻的磁波动随温度的升高而增大。他们能够通过RTN直方图中的离散高斯峰来识别这种双稳态磁状态，这些峰在噪声功率谱中具有独特的特征。

最重要的是，研究人员发现只需改变电压极性就可以切换RTN的双稳态磁性状态和截止频率。这一令人兴奋的发现为1/f²噪声光谱在磁性半导体中的应用铺平了道路，并为自旋电子学提供了磁开关能力。

李教授解释说:“这是观察磁性半导体中大电阻波动的双稳态磁态的第一步，并通过自旋电子学中简单的电压极性提供1/f²噪声的磁开关能力。”

这项工作是通过与淑明女子大学（Sookmyung Women's University）的JOO Min-Kyu和哈佛大学的KIM Philip合作的跨学科研究完成的。

信息源于：miragenews

文章来源21dB声学人