自旋电子学与自旋电子器件简述
陈闽江，邱彩玉，孙连峰
（国家纳米科学中心 器件研究室 北京 100190）
一、引言
2007年10月，瑞典皇家科学院宣布，将该年度诺贝尔物理学奖授予在
1988年分别独立发现纳米多层膜中巨磁电阻效应的法国Albert Fert 教授和德国Peter Grunberg 教授。其随后的应用不啻为革命性的，因为它使得计算机硬盘的容量从几十兆、几百兆，一跃而提高了几百倍，达到几十G 乃至上百G 。越来越多的人开始了解这个工作及其对我们生活的影响，并意识到这个工作方向的重要意义。
1988年在磁性多层膜中发现巨磁电阻效应(Giant
Magnetoresistance ，GMR)，1993年和1994年在钙钛矿锰氧化物中发现庞磁电阻效应(Colossal Magnetoresistance ，CMR)，特别是1995年在铁磁性隧道结材料中发现了室温高隧穿磁电阻效应(Tunneling Magnetoresistance ，TMR)以及后续形成的稀磁半导体等研究热潮，这些具有里程碑意义的人工合成磁性材料的成功制备和深入研究，不仅迅速推动了近20年凝聚态物理新兴学科——自旋电子学(spintronics)的形成与快速发展，也极大地促进了与自旋极化电子输运相关的磁电阻材料和新型自旋电子学器件的研制和应用。中国科学院物理研究所朱涛研究员表示：“Albert Fert 和Peter Grunberg 种下了一粒种子，随着20世纪90年代应用的突破，这粒种子长成了一棵小苗——自旋电子学，这是一个成长很快、前景广阔的磁学分支。”
二、电子自旋与自旋电子学
要阐明自旋电子学，就不得不先简述一下电子自旋这一概念。电子自旋不是电子的机械自转，电子自旋及磁矩是电子本身的内禀属性，所以也被称为内禀角动量和内禀磁矩。它们的存在标志电子还有一个新的内禀自由度。所以电子状态的完全描述不但包括空间三个自由度的坐标（r ），还必须考虑其自旋状态。更确切地说，要考虑自旋在某给定方向（例如z 轴方向）的投影的两个可能取值的波幅，即波函数中还应该包含自旋投影这个变量（习惯上取为），Z S 从而记为。与连续变量r 不同，只能取两个离散值。
(,)Z r s ψZ S 2± 接下来，认识电的和磁的相互作用在强度上的差异和不同的特点，可以了解自旋电子学的潜力。电荷周围存在电场，通过静电力和其他电荷发生相互作用，这种相互作用是强的和长程的。在常见的半导体中，两个相距5的元电A 荷间的相互作用能可达0.2eV ，它正比于距离的倒数。1V 的电压可使载流子1r 改变1eV 的能量。然而距离为5的一对电子自旋之间的磁偶极耦合能却只有A
约eV 量级。与静电相互作用相比，它是短程的。在高达1T 的磁通密度下，710-自旋的能量变化只有eV 量级。和静电相互作用相比，磁的相互作用要小几510-个数量级。就存储应用而言，磁相互作用的短程性和弱的相互作用能意味着低功耗和高存储密度，因为靠得很近的磁量子位仍可以保持相互的独立性。
虽然电子自旋有这么多的优点可被利用，但是二次大战之后，世界文明的发展都只和电子学有关系，人们从不关心电子的磁性（电子自旋）。经过多年发展，小到手表，大到宇宙，电子的电性有了充分利用，但是磁性一直沉睡着。直到1988年，巨磁电阻效应的发现，第一次揭示了电子自旋的作用，因而具有重大的科学意义。现在的超大规模集成电路在1平方厘米的面积上可以集成107～108个电子元件。而目前公认的器件最小尺度是20纳米，一旦小于这个尺寸，传统的工作原理如欧姆定理等就会失效，量子效应则开始起作用。量子效应是几率性、不可预测的，将导致器件工作不稳定。要想突破这个尺寸限制，就必须利用电子的自旋，把自旋作为信息储存、处理、输运的主体。
自旋电子学是基于操纵和控制自旋的电子学。它或将自旋（或磁性）作为信息的载体，通过电流或电压进行操控；或将自旋或磁场作为操控电荷或电流信息的手段。操纵电子自旋是指控制自旋的布局，或操控载流子集合的自旋的相，或对单个电子或少数电子自旋进行相干操控。自旋电子学可同时利用电子的自旋和电荷的性质，以实现电子学的功能或量子计算。自旋电子学的研究对象包括电子的自旋极化、自旋相关散射、自旋弛豫以及与此相关的性质及其应用等。目前，自旋电子学的基础研究和应用开发都为物理学、材料科学和电子工程学等领域提供了广阔的发展天地。按照美国加州大学Awschalom 教授的观点，自旋电子学器件可分为三个层次：一是基于铁磁性金属的器件；二是将自旋注入半导体器件；三则是单电子自旋器件。目前进入应用的器件（如GMR 自旋阀）还只处于第一层次；对于自旋控制和自旋极化输运的了解处于较为肤浅的阶段；对各种新现象、新效应的理解基本上只是半经典的和维象的。因此，自旋电子学的发展还面临很多更大的挑战，当然，机遇与挑战是并存的。
三、基于铁磁金属的自旋电子器件
对于普通金属和半导体，自旋向上和自旋向下的电子在数量上是一样的，所以传统的金属电子论往往忽略电子的自旋自由度。但是对于铁磁金属，情况则不同。在铁磁金属中，电子的能带分成两个子带，自旋向上子带和自旋向下子带。这两个子带形状几乎相同，只在能量上有一个位移，这是由于铁磁金属中存在交换作用的结果。正是由于两个子带在能量上的差别，使得两个子带的占据情况并不相同。在费米面处，自旋向上和自旋向下的电子态密度也是不同的。这样在铁磁金属中，参与输运的两种取向的电子在数量上是不等的，所以传导电流也是自旋极化的。同时由于两个子带在费米面处的电子态密度不同，不同自旋取向的电子在铁磁金属中受到的散射也是不同的。因此在系统中，如果存在铁磁金属，两种自旋取向的电子的输运特性也有着显著的差别。基于铁磁金属的自旋电子器件正是利用上述的电子特性设计而成的。
巨磁电阻（GMR ）效应 早在1857年W.Thomson （开尔文勋爵）就在铁和镍中发现了磁电阻效应，即在磁场作用下，磁性金属内部电子自旋方向发生改
变而导致电阻改变的现象。由于磁化方向的导电电阻升高而垂直方向的电阻降低，故称之为各向异性磁电阻（Anisotropic Maganetoresistance ，AMR ）。磁电阻的相对比值磁致电阻（Magnetoresistance ，MR ）可表示为：
。和分别为有磁场作用下和磁场为零时的电阻。0()H H MR R R R R R =?=-H R 0R MR 值随磁场增大而增大，最后达到饱和。但铁磁金属与合金的饱和磁电阻值很小，只有约1%～5%。1988年，Fe/Cr 金属多层膜在外磁场中电阻变化率高达50%的巨磁电阻效应（GMR ）被发现, 各国科学家开始从理论和实验上对多层膜GMR 效应展开了广泛而深入的研究。GMR 产生机制取决于非铁磁层两边的铁磁层中电子的磁化（磁矩）方向，用于隔离铁磁层的非铁磁层，只有几个纳米厚，甚至不到一个纳米。当这个隔离层的厚度是一定的数值时，铁磁层的磁矩自发地呈现反平行；而加到材料的外磁场足够大时，铁磁材料磁矩的方向变为相互平行。电子通过与电子平均自由程相当厚度的纳米铁磁薄膜时，自旋磁矩的取向与薄膜磁化方向一致的电子较易通过，自旋磁矩的取向与薄膜磁化方向不一致的电子难以通过。因此，当铁磁层的磁矩相互平行时，载流子与自旋有关的散射最小，材料有最小的电阻。当铁磁层的磁矩为反平行时，与自旋有关的散射最强，材料的电阻最大，从而使磁电阻发生很大变化。
自旋阀（Spin-valve ，SV ） 对于反铁磁耦合的多层膜，需要很高的外磁场才能观察到GMR 效应，故并不适用于器件应用。在GMR 效应基础上人们设计出了自旋阀，使相邻铁磁层的磁矩不存在（或只存在很小的）交换耦合。自旋阀的核心结构是两边为铁磁层，中间为较厚的非铁磁层构成的GMR 多层膜。其中，一边的铁磁层矫顽力大，磁矩固定不变，称为被钉扎层；而另外一层铁磁层的磁矩对小的外加磁场即可响应，为自由层。由于被钉扎层的磁矩与自由层的磁矩之间的夹角发生变化导致GMR 的电阻值改变。如此，在较低的外磁场下相邻铁磁层磁矩能够在平行与反平行排列之间变换，从而引起磁电阻的变化。自旋阀结构的出现使得巨磁电阻效应的应用很快变为现实。最常用的“顶部钉扎自旋阀”（top spin-valve ）的具体结构如图一所示：
其中，缓冲层（buffer layer ）,可使镀膜有较佳的晶体成长方向，也称之为种子层。自由层（free layer ）,由易磁化的软磁材料所构成。中间夹层
反铁磁性铁磁性铁磁性非磁性材料图一 自旋阀（SV ）叠层结构示意图
（spacer ）,为非铁磁性材料，目的为于无外加磁场时，让上下两铁磁层无耦合作用。被钉扎层（pinned layer ）,被固定磁化方向的铁磁性材料。钉扎层（biasing layer ）,用于固定“被钉扎层”磁化方向的反铁磁性材料。这种非耦合型自旋阀的优点有：⑴磁电阻变化率对外磁场的响应呈线性关系，频率特性好；⑵饱和场低，灵敏度高。虽然自旋阀结构的磁电阻变化率不高，通常只有百分之几，但饱和场较低，使磁场灵敏度大大提高；⑶自旋阀结构中铁磁层的磁矩的一致转动，能够有效地克服巴克豪森效应，从而使信噪比提高。与超晶格GMR 一样，自旋阀磁电阻的来源仍归结于磁性层/非磁性层界面处的自旋相关电子散射。自旋阀中出现GMR 效应必须满足这样的条件：①传导电子在铁磁层中或在铁磁/非铁磁界面上的散射概率必须是自旋相关的；②传导电子可以来回穿过两铁磁层，并能够记住自己的自旋取向，即自旋平均自由程大于隔离层厚度。磁隧道结（Magnetic Tunnel Junctions, MTJ ） 非磁层为绝缘体或半导体的磁性多层膜即磁性隧道结。通常，磁性隧道结是由两层纳米磁性金属薄膜（FM ）和它们所夹的一层氧化物绝缘层（I ）所组成的三明治结构（FM/I/FM ），I 的厚度约为1～1.5纳米，如图二所示：
这种磁性隧道结在横跨绝缘层的电压作用下,其隧道电流和隧道电阻依赖于两个铁磁层磁化强度的相对取向。如果两铁磁电极的磁化方向平行，则一个电极中费米能级处的多数自旋态电子将进入另一个电极中的多数自旋态的空态，同时少数自旋态电子也从一个电极进入另一个电极的少数自旋态的空态。即磁化平行时，两个铁磁电极材料的能带中多数电子自旋相同，费米面附近可填充态之间具有最大匹配程度，因而具有最大隧道电流。如果两电极的磁化反平行，则一个电极中费米能级处的多数自旋态的自旋角动量方向与另一个电极费米能级处的少数自旋态的自旋角动量平行，隧道电导过程中一个电极中费米能级处占据多数自旋态的电子必须在另一个电极中寻找少数自旋态的空态，因而其隧道电流变为最小。通过绝缘层势垒的隧穿电子是自旋极化的，可观测到大的隧穿磁电阻(TMR)。隧道结巨磁电阻可得到比自旋阀更高的MR 数值，新近的水平在室温下达到400%。同时，磁隧道结还具有低功率损耗、低饱和场等特点。MTJ 技术已用于制备比自旋阀更先进的磁盘读出头, 目前得到的磁录密度最高约为200 Gb
每平方英寸。图二 磁隧道结（MTJ ）结构示意图
层配置不规范高中资料试卷问题，而且可保障各类管路习题到位。在管路敷设备进行空载与带负荷下高中资料试卷调控试验；对设备进行调整使其在进行继电保护高中资料试卷总体配置时，需要在最大限度内来确保机组高中
磁性随机存取存储器（Magnetic Random Access Memory ，MRAM ） 巨磁电阻材料的出现，使得MRAM 作为计算机内存芯片的设想自然被提出，用于取代体积大速度慢的磁芯随机存储器。
MRAM 结构是采用纳米技术，把沉积在基片上的GMR 薄膜或TMR 薄膜（目前更新的技术是使用TMR 薄膜）制成图形阵列，形成存储单元，以相对的两磁性层的平行磁化状态和反平行磁化状态分别代表信息“1”和“0”。结构如图三所示：
若将上下两层导线通电流，则可视为记忆单元置于相互垂直的磁场中。若要在其中一个记忆单元写入资料，例如第一行第一列，则将电流通过第一行的word 线，加的电流只比临界值要低一点，此时再加上一小电流到第一列的bit
线，就会使得此记忆元的自由层磁化方向翻转，从而完成信息的写入。通过改变两铁磁层的相对磁化方向，磁致电阻(MR)就会发生变化。电阻一旦变大，通过它的电流就会变小，反之亦然。因此，只需用一个三极管来判断加电时的电流数值就能够判断铁磁层磁化方向的两种不同状态，读出"0"和"1"。 MRAM 是一种非挥发性、随机存取、长效性和高速性的存取器。铁磁体的磁性不会由于掉电而消失，所以它并不像一般的内存一样具有挥发性。关掉电源后，MRAM 仍可以保持记忆完整；中央处理器读取资料时，不一定要从头开始，随时可用相同的速率从内存的任何位置读写信息；MRAM 的数据以磁性为依据，以“0”或“1” 为形式，而铁磁体的磁性几乎是永远不消失的，因此存储的数据具有永久性；磁阻内存存储的数据直到被外界的磁场影响之后，才会改变这个磁性数据，几乎可以无限次地重写；MARM 的存取速度高达25到100ns 。MRAM 的核心技术主要包括高MR 比值的磁性材料结构，降低位元尺寸，读写的架构及方法等。
四、基于半导体的自旋电子学
在半导体中有可能实现包括放大器在内的多种功能的自旋电子学器件。在半导体中和自旋相关的现象比金属中更为丰富。自旋极化除了和外界的磁、光、电存在各种相互作用以外，在内部也存在多种相互作用：自旋-轨道相互作用，交换相互作用，电子自旋和核自旋之间的超精细结构相互作用等。而且，掺杂、栅、异质结构等都可用来改变半导体材料的自旋相关的性质。一些新的功能可以通过自旋注入、自旋输运和控制自旋态来实现。这些涉及半导体材料的自旋研究工作自然就导致半导体自旋电子学的出现。
按照磁性分类，存在三种类型的半导体：磁性半导体、稀磁半导体和非磁图三 MRAM 的结构示意图理；同一线槽内，强电回路须同时切断习题电源，线缆敷设完毕，要进行在事前掌握图纸资料、设备制造厂家出具高中资料试卷试验报告与相关技器组在发生内部故障时，需要进行外部电源高中资料试卷切除从而采用高
性半导体，如图四所示：
其中，稀磁半导体（Diluted magnetic semiconductors ，DMS ），是指非磁性半导体中，部分原子被过渡金属元素(transition metals, TM) 取代，或部分非磁性阳离子被稀土金属离子替代，之后形成的磁性半导体。在不存在磁场时，稀磁半导体和普通半导体的性质相似。它们大多是直接带隙半导体，带隙宽度、有效质量、晶格常数等可以通过改变成分加以调整。在磁场下，这类半导体可表现出顺磁性，在居里温度以下则具有铁磁性或反铁磁性。人们对稀磁半导体的兴趣主要在于其铁磁性，特别是具有高居里温度的Ⅲ-Ⅴ族化合物。相对于铁磁性金属，铁磁性半导体和普通半导体形成的异质结具有高的自旋极化注入效率。
半导体自旋电子学主要包括两个领域：一是半导体磁电子学，它是将磁性功能结合进半导体中，如磁性半导体或半导体与磁性材料的复合材料。由此可以研制光学隔离器、磁传感器以及非挥发性内存等半导体器件。如果将光学、磁学和电学性质结合起来，还会产生自旋场效应晶体管、自旋发光二极管和自旋共振隧穿器件等多功能自旋器件。另一个领域就是半导体量子自旋电子学，它主要是指自旋的量子力学特性在半导体中的应用，如T 赫兹光开关、调制器、加密/解码器以及量子比特等等。
自旋的注入、输运和检测是实现自旋电子器件最基本的条件。自旋注入就是自旋极化的形成，本质就是自旋的非平衡布居。在自旋注入方面，最大的问题是如何将一束高度自旋极化的电流从稀磁半导体有效并且没有大损失地注入到普通半导体中。实现自旋注入主要有两种方法，其一是光取向或光抽运这些光学技术；而在自旋电子器件中，为便于器件的应用，采用的是电学自旋注入。目前常用的方法主要有欧姆式自旋注入、隧道结自旋注入、热电子自旋注入。自旋输运方面研究的重点主要是自旋极化载流子的自旋扩散长度和退相干时间，分别表征自旋极化载流子在空间和时间的可控范围。关于自旋检测，主要采用光学和电学两种检测方法。光学检测优点在于可以避免其他电学效应的影响，电学检测是最直接利用半导体/铁磁界面的自旋相关输运性质的检测方法。相对于电学检测，光学检测方法比较成熟，取得了很大进展。
伴随着自旋场效应晶体管的提出，以及掺有磁性原子Mn 等的半导体的铁磁性的发现，在电子输运中电场对自旋的控制的实现，半导体中长的电子自旋相干时间的发现，向半导体注入自旋极化的载流子的实现，自旋霍尔效应的认识和发现等，半导体自旋相关现象的研究得到了迅速的发展。特别是长的电子
图四 (a)磁性半导体(b)稀磁半导体(c)非磁性半导体的晶格示意图
规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。
自旋相干时间的发现具有重要意义。自旋器件和量子计算都要求有充分的时间对自旋进行相干操控。相关研究的迅速发展得益于半导体材料工艺和微纳米加工工艺的迅速发展。半导体自旋电子学研究的目标之一就是利用基于电子自旋和核自旋的长自旋相干时间的半导体器件来完成量子信息处理。事实上，自旋量子计算机可能是量子计算固态实现中最有前途的，也是自旋电子学发展集大成的表现形式。半导体自旋电子学这个领域虽然发展迅猛，到距离真正利用半导体自旋自由度还有很长的路要走，大量的问题有待于从理论和实践两个方面解决。
五、总结
自旋电子学和纳米磁性是当前凝聚态物理领域最重要的研究前沿之一。该领域在近10年的发展迅猛，不但大大增加了人类对纳米体系磁性和电子其他特性的了解，还出现了一系列有重要潜在应用价值的新现象、新器件。比如自旋扭矩效应使得新的磁性随机存储器件有望同时替代硬盘和内存；对自旋霍尔效应和稀磁半导体的研究有可能产生功耗大大降低的信息技术器件。对新型自旋电子学、物理和原理型器件的研究，不仅具有重大的基础科学研究价值，而且由于其重要的功能特性和新技术应用特性，已超过十年连续推进高密度存储、微机电传感系统和自旋电子器件等领域的技术变革和飞速进步。积极探索新型自旋电子学功能材料，并以新材料为重点开展广泛的磁特性、电子自旋、磁电、磁热、磁光效应和自旋量子调控等方面的应用基础研究，探索微观电子结构、自旋相关的微磁结构、交换耦合、表面和界面效应等对材料功能特性的影响，可以引领新型自旋电子学原理型器件的研制，从而进一步满足国家在科技和经济发展中对功能材料的现实应用的需求和中长期发展规划的储备。
1、电子元器件行业现状 我国电子元件的产量已占全球的近39％以上。产量居世界第一的产品有：电容器、电阻器、电声器件、磁性材料、压电石英晶体、微特电机、电子变压器、印制电路板。 伴随我国电子信息产业规模的扩大，珠江三角洲、长江三角洲、环渤海湾地区、部分中西部地区四大电子信息产业基地初步形成。这些地区的电子信息企业集中，产业链较完整，具有相当的规模和配套能力。 我国电子材料和元器件产业存在一些主要问题：中低档产品过剩，高端产品主要依赖进口；缺乏核心技术，产品利润较低；企业规模较小，技术开发投入不足。 2、电子元器件行业发展趋势 技术发展趋势 新型元器件将继续向微型化、片式化、高性能化、集成化、智能化、环保节能方向发展。 市场需求分析 随着下一代互联网、新一代移动通信和数字电视的逐步商用，电子整机产业的升级换代将为电子材料和元器件产业的发展带来巨大的市场机遇。 我国“十一五”发展重点 我国《电子基础材料和关键元器件“十一五”专项规划》重点强调新型元器件、新型显示器件和电子材料作为主要分产业的发展目标。 注：上表所列信息与数据引自商务部网站、国研网、统计局网站 3、阿里巴巴关于“电子元器件”买家分布情况 在alibaba买家分布中，广东、浙江、江苏买家数占78%，其市场开发潜力巨大。 4、阿里巴巴电子元器件企业概况
目前通过阿里巴巴搜索“电子元器件”有43533310条产品供应信息，这些企业中有很多实现了从做网站、做推广、找买家，谈生意、成交等一站式的业务模式。当前有效求购“电子元器件”的信息已达到50536条（数据截止2008-10-23）。 阿里巴巴部分电子元器件行业企业 公司名称合作年限公司名称合作年限深圳市百拓科技有限公司 3 靖江市柯林电子器材厂 6 深圳赛格电子市场广发电子经营部 4 乐清市东博机电有限公司 6 镇江汉邦科技有限公司7 温州祥威阀门有限公司 6 无锡市国力机电工程安装有限公司 5 上海纳新工业设备有限公司 6 深圳市恒嘉乐科技有限公司 6 天津市天寅机电有限公司科技 开发分公司 6 厦门振泰成科技有限公司 6 常州市武进坂上继电器配件厂 6 5、同行成功经验分享 公司名：佛山市禅城区帝华电子五金制品厂——一个“很有想法”的诚信通老板主营产品：16型电位器;开关电位器;调光电位器;调速电位器;直滑式电位器等加入诚信通年限：第4年 佛山市禅城区帝华电子五金制品厂的董仁先生是一个“很有想法”的老板，虽然公司成立的时间不长，但是有很多经营理念。董先生是很健谈的人，据他介绍，帝华电子是以生产进口碳膜电位器和五金批咀的专业厂家，加入阿里巴巴诚信通已有两年时间。对于加入诚信通的目的，董先生的解释比较独特：“我们的产品属于电子设备及家用电器的元器件，和终端消费者没有直接的联系，就是把我们的产品扔两箱在大街上，扫大街的都没人要。而且我们的销售方式和普通厂家也不太一样，我们在国际国内都有销售办事处，同时还采用配套享受的形式。因此，我们加入诚信通并不是希望直接获得订单，而是想通过阿里巴巴的巨大知名度来提升我们公司的知名度，要让相关客户都知道中国有我们这样一个生产进口碳膜电位器和五金批咀的专业厂家。” 对于经营管理上的困难，董先生直言不讳：“当然，我们现在也遇到不少的困难，最困扰我的两个主要问题一是运输物流，二是生产。到现在我还没找到值得信赖和长期合作的物流公司，公司产品的运输经常得不到保证。现在阿里巴巴的网络交易渠道和交易方式已经很完善，我们也迫切希望阿里巴巴能提供物流服务。另一方面，最关键是生产上的问题，我们的生产往往赶不上订单的速度，这两个问题我正在努力解决中。” 对于公司今后的长远发展，“我们现在还属于生产元器件的厂家，随着公司的壮大，今后我们还将向半成品和终端消费品发展，我希望我们能形成终端消费品和相关的配套产业一条龙生产。”董先生显得踌躇满志。
电子的自旋现象及其应用 郭爱文（61010112） （东南大学吴健雄学院，南京市 211100） 摘要：物理课本中主要从相对论的角度对电子自旋理论进行相关阐述与计算，旨在简单地引入近代所发现的较为反常的电子自旋现象。本文立足于课本知识，重点在于探讨电子自旋理论的应用与发展，对课本未提到的后续内容做一些补充说明。 关键词：电子自旋；Stern-Gerlach实验；巨磁阻效应（GMR）；自旋电子学；电子自旋共振； Application notes for electron spin Guo Aiwen (Southeast university, Nanjin 211100) Abstract: To introduce electron spin simply, the author of our class book explained it with calculation based on the theory of relativity. This article mainly focuses on discussing the application and development of electron spin, which can make some additional remarks to our class book. key words: Electron spin; Stern-Gerlach experiment; Giant Magneto Resistance（GMR）; Spintronics; electron spin resonance; 基础物理学教程第二十三章谈到了电子自旋这一概念，书中从假设提出、状态描述、对赛曼效应的影响等方面对电子自旋做了相关的理论分析，重点放在了概念的引入以及相关参数的计算上。而随着时代的发展，自旋电子学这一门新兴的学科在生产生活中得到了越来越重要的体现。对推动科学社会的进步起到了巨大的作用。本文旨在对电子自旋理论的后续应用做出系统的总结归纳，分析这一理论所引申出的两个目前主要的研究方向，并给出笔者自己的理解。 1电子自旋现象 作者简介：郭爱文（1992—），男，东南大学本科生1.1Stern-Gerlach实验 早在1921年，施特恩和格拉赫就制造了一块能在原子尺度这样的小线度内产生很不均匀磁场的磁铁。当他们将基态银原子束通过这个极不均匀的磁场时，发现银原子束被分裂成两束。这与只考虑电子的轨道磁矩所推断出来的原子束经过不均匀磁场后应分裂为奇数束这一结论相矛盾，这说明原子内部不只有轨道磁矩，为电子自旋假说提供了依据。 到了1927年，再用氢原子进行同样的实验时，也观察到了相同的现象。相关实验如下：
2014全球十大电子元器件分销商排榜 阅读数 72015-03-13 14:41 电子分销商是电子产业不可或缺的一环，推动着电子产业高速发展。其灵活、无孔不入的特点使得电子分销商能够渗透整个电子产业及供应链的方方面面，从全球电子分销商排名中我们可以看到，电子分销业正处于稳定发展期。下面小编带大家了解2014全球十大电子分销商。 NO.1、安富利集团（Avnet） 安富利集团（Avnet），财富500强公司，是全球最大的电子元件、计算机产品和嵌入技术分销商之一，服务于全球70多个国家的客户。安富利连接世界领先的技术提供商和超过10万的涵盖广泛领域的客户，并通过提供高性价比的增值服务和解决方案助力其合作伙伴取得成功。截止于今年7月3日的2010财年，安富利集团的财政收入达到191.6亿美元。 在全球增长最快的电子市场--亚太地区，安富利电子元件部的地位举足轻重。公司亚太区总部位于新加坡，在亚洲10个国家设有40多家销售机构，分销半导体、互连、无源和机电元件，为原始设备制造商（OEMs）、电子制造服务（EMS）供应商及中小企业等不同客户服务，提供相关的设计链和供应链支持。 基于对IT服务发展趋势的正确理解、对客户需求的准确把握和渠道共赢的发展思维，安富利（中国）科技有限公司入华刚刚满两年，就已经交上了一份华丽的成绩单，包括IB M、SUN、甲骨文、华为等在内的数百家合作伙伴已经与安富利科技中国区建立了密切的业务关系。安富利科技中国区不仅将国际上一流的产品提供商引进了中国市场，还带来了各种众多先进的IT解决方案。目前安富利（中国）科技有限公司在北京、上海、广州和成都建设了四个展示和移植中心，今后安富利科技中国区将进一步展开从东到西、从中心城市到二三级城市的覆盖，为解决日益复杂的中国市场IT需求而不断努力。 NO.2、艾睿电子（ArrowElectronics） 艾睿电子（ArrowElectronics）是电子零件和电脑产品工业及商业用户的全球主要产品、服务及解决方案供应商，是全球领先的元器件分销商之一，总部位于美国科罗拉多州。艾睿电子2013年全球销售额达214亿美元，为全球超过100,000家电子产品制造商提供产品与服务，在全球58个国家和地区有超过460个办事处。在2013年财富500强中排名141名。 NO.3、大联大控股（WPGHoldings）
电子元器件大全 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！ 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、数控系统、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 电子元器件基础知识（1）——电阻 导电体对电流的阻碍作用称为电阻，用符号R表示，单位为欧姆、千欧、兆欧，分别用Ω、KΩ、MΩ表示。一、电阻的型号命名方法： 国产电阻器的型号由四部分组成（不适用敏感电阻）第一部分：主称，用字母表示，表示产品的名字。如R表示电阻，W表示电位器。第二部分：材料，用字母表示，表示电阻体用什么材料组成，T-碳膜、H-合成碳膜、S-有机实心、N-无机实心、J-金属膜、Y-氮化膜、C-沉积膜、I-玻璃釉膜、X-线绕。第三部分：分类，一般用数字表示，个别类型用字母表示，表示产品属于什么类型。1-普通、2-普通、3-超高频、4-高阻、5-高温、6-精密、7-精密、8-高压、9-特殊、G-高功率、T-可调。第四部分:序号，用数字表示，表示同类产品中不同品种，以区分产品的外型尺寸和性能指标等例如：R T 1 1 型普通碳膜电阻 电子元器件基础知识（2）——电容 电容是电子设备中大量使用的电子元件之一，广泛应用于隔直，耦合，旁路，滤波，调谐回路，能量转换，控制电路等方面。用C表示电容，电容单位有法拉（F）、微法拉（uF）、皮法拉 （pF）,1F=10^6uF=10^12pF 电容器的型号命名方法国产电容器的型号一般由四部分组成（不适用于压敏、可变、真空电容器）。依次分别代表名称、材料、分类和序号。第一部分：名称，用字母表示，电容器用C。第二部分：材料，
自旋电子学简介 今天，我们一起去听了王博士关于《自旋电子学简介》的讲座，通过这次的讲座，我对自旋电子学有了更加深刻的认识。 在传统的微电子学中,一般是利用电子的荷电性由电场来控制电子的输运过程的,而对电子的自旋状态是不予考虑的.为了能够进一步提高信息处理速度和存储密度,就必须对电子的自旋加以利用,由此发展出一门新的学科———自旋电子学。 自旋电子学(Spintronics or spin electronics)，亦称磁电子学(Magneto—electronics)，是一门结合磁学与微电子学的交叉学科。它是利用电子的自旋属性进行工作的电子学。早在19世纪末，英国科学家汤姆逊发现电子之后，人们就知道电子有一个重要特性，就是每一个电子都携带一定的电量，即基本电荷（e=1.60219x10-19库仑）。到20世纪20年代中期，量子力学诞生又告诉人们，电子除携带电荷之外还有另一个重要属性，就是自旋。电子的自旋角动量有两个数值，即±h/2。其中正负号分别表示“自旋朝上”和“自旋朝下”，h是量子物理中经常要遇到的基本物理常数，称为普朗克常数。 通过对电子电荷和电子自旋性质的研究，最近在电子学和信息技术领域出现了明显的进展。这个进展的重要标志之一就是诞生了自旋电子学。在传统的电子学中，数据处理集成电路所用的是半导体中电子的电荷，但并不是说电子的自旋自由度以前从没有用过，例如传统的数据存储介质，如磁盘，用的就是磁性材料中电子的自旋。 事实上，半导体中有很多类型的自旋极化现象，如载流子的自旋，半导体材料中引入的磁性原子的自旋和组成晶体的原子的核自旋等等。从某种意义上说，已有的技术如以巨磁电阻（GMR）为基础的存储器和自旋阀都是自旋起作用的自旋电子学最基本的应用。但是，其中自旋的作用是被动的，它们的工作由局域磁场来控制。这里所指的自旋电子学则要走出被动自旋器件的范畴，成为基于自旋动力学的主动控制的应用。因为自旋动力学的主动控制预计可以导致新的量子力学器件，如自旋晶体管、自旋过滤器和调制器、新的存储器件、量子信息处理器和量子计算。从这个意义上说，自旋电子学是在电子材料，如半导体中，主动控制载流子自旋动力学和自旋输运的一个新兴领域。已经证明，通过注入、输运和控制这些自旋态，可以执行新的功能。这就是半导体自旋电子学新领域所包含的内容，它涉及自旋态在半导体中的利用。 对于目前的自旋电子学，令人感兴趣的两个重要的物理学原理是：自旋作为一个动力学变数，它有量子力学固有的量子特性，这些特性将导致新的自旋电子学量子器件而不是传统的以电子电荷为基础的电子学。另一个是与自旋态有关的长驰豫时间或相干时间。在磁性半导体中，自旋朝上的载流子浓度往往多于自旋朝下的载流子，这些载流子运动会产生所谓自旋极化电流。自旋极化电流的大小、存在的时间长短取决于许多因素，如材料的特性、界面、外场及温度等等。事实上，半导体中的载流子自旋可以通过局域磁场，或通器件的栅极改变外加电场，甚至通过偏振光地进行操作。这一事实，是开发自旋电子学应用的一个重要的物理基础。 半导体自旋电子学器件的目的之一是利电子自旋和核自旋很长的相干时间，并基于半导体器件来执行量子信息处理。用半导体实现量子计算机有很多优点，不仅仅因为它是固体材料，可适合于大规模集成，而且通过量子约束可以自由控制其维度，并允许用外场，如光、电或磁场改变其特性。本节将简介利用半导体中的自旋如何构造固体量子计算机的基本原理。 半导体自旋电子学（spintronics）作为半导体物理发展的新分支，目前主要在两个方面着重展开研究：半导体磁电子学和半导体量子自旋电子学。前者希望在最近的将来会有实际的结果，后者则已成为21世纪的重要研究论题。半导体自旋电子学作为信息处理
单片机 单片机套件 单片机实验板 单片机MCU 单片机仿真器? 单片机编程器 其它单片机 二极管 限幅二极管? 稳压二极管 微波二极管 开关二极管 检波二极管 混频二极管? 红外发射二极管 恒流二极管 硅粒子、硅堆、高压二极 管 光电二极管 功率二极管? 高频二极管 PIN二极管? 变容二极管 触发二极管 磁敏二极管 调制二极管 发光二极管 放大二极管? 肖特基二极管 旋转二极管? 雪崩二极管 整流二极管? 整流桥 阻尼二极管 特快恢复二极管 频率倍增二极管 高压硅 光敏二极管 齐纳二极管 热敏二极管 色敏二极管 双基极二极管 瞬态抑制二极管 SMD二极管 二极管模组? 其他二极管 二极管模块 整流桥模块 快速反应二极管模块 三极管(晶体管) 场效应三极管 达林顿三极管? 阻尼三极管? 低噪声放大三极管 高反压三极管 快恢复三极管 功率三极管 其他三极管 晶闸管模块 场效应管(模块) GTR达林顿模块 IGBT 结型场效应管 绝缘栅(MOS)场效应管 其他场效应管 电阻器 压敏电阻 贴片、片式电阻 碳膜电阻 水泥电阻 湿敏电阻 色环电阻 刹车、制动电阻 熔断、保险丝电阻 薄膜金属氧化膜电阻 绕线电阻器 气敏电阻 铝壳电阻 排电阻、网络电阻 可变电阻 精密电阻 金属膜、金属氧化膜电阻 光敏电阻 功率电阻器 高压电阻 分流电阻 珐琅电阻 电阻(负载)箱 玻璃釉膜电阻 其他电阻 电阻排 薄膜电阻器 厚膜芯片网络电阻 厚膜芯片电阻 普通线绕电阻 金属氧化膜固定电阻器 金属膜电阻器 热敏电阻 金属覆膜熔断电阻器 薄膜芯片网络电阻器 电容器 电解电容 校正电容 无感电容 陶瓷电容 钽电容 贴片电容 马达、启动电容 铝电解电容 可调电容 聚丙烯电容 法拉电容 多层陶瓷电容 独石电容 涤纶电容 瓷片电容 玻璃釉电容 穿芯电容 薄膜电容器? 玻璃电容 安规电容 机薄膜电容 云母电容 真空电容 纸介电容 其他电容 铁壳油浸电容 高频电容 异电性高分子固定电容器 滤波电容器 谐振电容器 开关 DIP、拨码开关 钮、按键开关
电子元件封装大全及封装常识 一、什么叫封装 封装，就是指把硅片上的电路管脚,用导线接引到外部接头处,以便与其它器件连接.封装形式是指安装半导体集成电路芯片用的外壳。它不仅起着安装、固定、密封、保护芯片及增强电热性能等方面的作用，而且还通过芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印刷电路板上的导线与其他器件相连接，从而实现内部芯片与外部电路的连接。因为芯片必须与外界隔离，以防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电气性能下降。另一方面，封装后的芯片也更便于安装和运输。由于封装技术的好坏还直接影响到芯片自身性能的发挥和与之连接的PCB(印制电路板)的设计和制造，因此它是至关重要的。 衡量一个芯片封装技术先进与否的重要指标是芯片面积与封装面积之比，这个比值越接近1越好。封装时主要考虑的因素： 1、芯片面积与封装面积之比为提高封装效率，尽量接近1：1； 2、引脚要尽量短以减少延迟，引脚间的距离尽量远，以保证互不干扰，提高性能； 3、基于散热的要求，封装越薄越好。 封装主要分为DIP双列直插和SMD贴片封装两种。从结构方面，封装经历了最早期的晶体管TO（如TO-89、TO92）封装发展到了双列直插封装，随后由PHILIP 公司开发出了SOP小外型封装，以后逐渐派生出SOJ（J型引脚小外形封装）、TSOP（薄小外形封装）、VSOP（甚小外形封装）、SSOP（缩小型SOP）、TSSOP （薄的缩小型SOP）及SOT（小外形晶体管）、SOIC（小外形集成电路）等。从材料介质方面，包括金属、陶瓷、塑料、塑料，目前很多高强度工作条件需求的电路如军工和宇航级别仍有大量的金属封装。
自旋电子学与自旋电子器件简述 陈闽江，邱彩玉，孙连峰 （国家纳米科学中心 器件研究室 北京 100190） 一、引言 2007年10月，瑞典皇家科学院宣布，将该年度诺贝尔物理学奖授予在 1988年分别独立发现纳米多层膜中巨磁电阻效应的法国Albert Fert 教授和德国Peter Grunberg 教授。其随后的应用不啻为革命性的，因为它使得计算机硬盘的容量从几十兆、几百兆，一跃而提高了几百倍，达到几十G 乃至上百G 。越来越多的人开始了解这个工作及其对我们生活的影响，并意识到这个工作方向的重要意义。 1988年在磁性多层膜中发现巨磁电阻效应(Giant Magnetoresistance ，GMR)，1993年和1994年在钙钛矿锰氧化物中发现庞磁电阻效应(Colossal Magnetoresistance ，CMR)，特别是1995年在铁磁性隧道结材料中发现了室温高隧穿磁电阻效应(Tunneling Magnetoresistance ，TMR)以及后续形成的稀磁半导体等研究热潮，这些具有里程碑意义的人工合成磁性材料的成功制备和深入研究，不仅迅速推动了近20年凝聚态物理新兴学科——自旋电子学(spintronics)的形成与快速发展，也极大地促进了与自旋极化电子输运相关的磁电阻材料和新型自旋电子学器件的研制和应用。中国科学院物理研究所朱涛研究员表示：“Albert Fert 和Peter Grunberg 种下了一粒种子，随着20世纪90年代应用的突破，这粒种子长成了一棵小苗——自旋电子学，这是一个成长很快、前景广阔的磁学分支。” 二、电子自旋与自旋电子学 要阐明自旋电子学，就不得不先简述一下电子自旋这一概念。电子自旋不是电子的机械自转，电子自旋及磁矩是电子本身的内禀属性，所以也被称为内禀角动量和内禀磁矩。它们的存在标志电子还有一个新的内禀自由度。所以电子状态的完全描述不但包括空间三个自由度的坐标（r ），还必须考虑其自旋状态。更确切地说，要考虑自旋在某给定方向（例如z 轴方向）的投影的两个可能取值的波幅，即波函数中还应该包含自旋投影这个变量（习惯上取为），Z S 从而记为。与连续变量r 不同，只能取两个离散值。 (,)Z r s ψZ S 2± 接下来，认识电的和磁的相互作用在强度上的差异和不同的特点，可以了解自旋电子学的潜力。电荷周围存在电场，通过静电力和其他电荷发生相互作用，这种相互作用是强的和长程的。在常见的半导体中，两个相距5的元电A 荷间的相互作用能可达0.2eV ，它正比于距离的倒数。1V 的电压可使载流子1r 改变1eV 的能量。然而距离为5的一对电子自旋之间的磁偶极耦合能却只有A
项目名称：碳基无掺杂纳电子器件和集成电路首席科学家：xxx 起止年限：2011.1至2015.8 依托部门：教育部
二、预期目标 本项目的总体目标： 本项目的总体目标为发展有自主知识产权的低成本高性能碳基纳电子、光电子集成芯片，建设一支高水平的碳基纳米电子和光电子学的研究队伍，培养相关领域的优秀青年人才，将项目的主要支撑单位“纳米器件物理与化学教育部重点实验室”建设成为国际著名的纳米器件研究中心。在碳纳米管CMOS集成电路方面，制备出中等规模的碳纳米管CMOS集成电路，例如碳纳米管全加器。在高性能碳纳米管基光电器件方面，做到发光器件的室温电致发光光谱的半高宽和荧光光谱相当，即不大于30 meV，探测器的光电压不小于0.2 V，并初步实现纳电子电路的电信号与光通讯电路的光信号间的相互转换。 五年预期目标： 五年预期目标为探索碳基纳电子和光电子器件的极限性能，并利用这些器件构建成若干高性能电路，预计可以取得如下成果： （1）集成电路用碳纳米管阵列的可控生长。在晶片尺寸绝缘基底上制备出直径大约在1.5 nm，管径分布不超过 0.3 nm的平行半导体性单壁碳 管，初步实现碳纳米管的间距和位置可控，半导体性碳纳米管含量高 于95%。 （2）适合于碳基电子学的高κ栅介质材料。在碳纳米管或石墨烯上生长出等效氧化层厚度(EOT)小于2纳米的栅介质薄膜，薄膜材料能隙在5 电子伏特以上，在1MV/cm的电场下，漏电流低于10mA/cm2，对器 件载流子迁移率和电导的损害在10%以下。 （3）碳基新型射频电路。测量高频下碳基纳米结构的动能电感，利用碳纳米结构搭建新型的碳基射频电路。 （4）纳米阻变存储器。利用碳基材料作为存储介质，结合传统硅基驱动电路，实现可工作的原型碳基纳米存储器。 （5）优秀人才培养。将年轻学者培养成为能够独当一面的学科带头人，项目执行期间培养出1-2名国家杰出青年基金获得者；将一线工作的优 秀学生培养成为具有独立工作能力的优秀科研工作者，项目执行期间
谈谈“贸易商”在电子元件分销产业链中的价值 最近用到ATMEIL/MICROCHIP产品的客户都很烦恼，因为成本上涨了300%，而且还买不到货。涨价的原因是原厂在强力管控代理渠道，要求代理商必须严格遵守一个客户一个价的规则，不得串货，更不得出货给贸易商。几个重量级的代理都被罚了款，导致渠道市场无货可供，进而伤害到了长期使用ATMEL/MICROCHIP 的众多客户，不得不花高价卖货，甚至一个MCU上涨的成本就吃掉了整个产品的利润。近些年来，随着中国电子产业的发展和成熟，电子分销各个环节都在快速地变化。首先是原厂变的越来越强势，翻手为云,覆手为雨,玩弄代理和客户于股掌之间；代理商的地位越来越弱，被客户和原厂两头强奸；贸易商的地位更差, 做生意好像地下党在敌占区一样, 则变得越来越灰色，甚至要见不得人了！ 原厂和代理早就规定不得出货给贸易商; 很多工厂客户明确规定，所有物料必须经过直接代理或原厂，不能引进贸易商；一时间似乎贸易商变成了洪水猛兽，谁都不待见！一些做贸易的老板出门都不好意思说自己是做什么的；体制内的人也不敢说自己认识哪个贸易商老板，生怕惹上的嫌疑。那么做贸易商的人真的那么不堪吗？真的是破坏分子吗？我作为 在体制内外都混过多年的人，不得不说说我的观察我见过
很多客户，起步的时候规模小，供应商基本都是贸易商，上了一定规模之后，就开始清理供应商了，希望和原厂和代理搭上关系，以为会得到更好的支持。但往往合作一段时间之后，开始各种不舒服，最后还是和贸易商搞到了一起。因为他们在几个重要的方面是代理商不合拍的，姿势不默契，爽不起来！第一，交期满足不了。代理商的交期8-12周是起步价，而很多客户无法做到提前2个月下单。原因是国内若干客户的市场把握能力弱，采购往往是被动的。销售部拿到下游订单了才敢去采购。而企业为了拿到订单，除了低价竞争之外，往往承诺最短的时间交货。这就给自己的供应链很大的压力，除了贴片生产，整机测试之外，留给供应链材料到位的时间往往只有几天。而这类客户在生意持续稳定之前，代理商是不会给他备货的，2个月之后再交货，黄瓜菜都凉了！如果没有贸易商备现货，这些客户是无法完成订单的。可以说中国这些年的高速发展，正是依赖于我们企业的效率优势，而如果没有IC贸易商敢于压货，这种效率优势是无法保持的。没有贸易商冒风险压库存，中国GDP也做不到7%-10% 第二，不能拆包。很多仪器仪表工业客户，一个单就是几十台，几百台。而IC的包装往往是1K，3K。客户要买500个，对不起，代理商不拆包销售；买整包吧，他不知道下一批单什么时候要，长期下去，材料成本占用大量资金，也一
微光电子集成系统芯片的研究进展＊ 陈弘达 (集成光电子学国家重点联合实验室北京 微光电子集成系统芯片 随着现代社会信息化和科学技术的高度发展交换传输是目前 世界各国普遍高度重视的研究热点之一以计算机技术和通信技术为代表的电子信息技术带来了一场彻底改变人类生活和工作的信息革命微电子技术发展非常迅速性能完善集成制造工艺相当成熟正迅速 发展着的另一门高新技术——光子集成技术能够高速超大容量传输信息高速并行处理与 交换信息能力相互渗透构成微光电子集成系统 将成为二十一世纪信息技术的重要支柱 如何使光子集成与微电子集成充分融合是发展超高速超大容量多功能微光电子集成系统的关键所在微光电子集成技术和微光电机械集成技术的发展人们力图将大量多种功能的器件集成于同一个芯片上 System on Chip?ù?è??3é±?μí?é??D???μèó?μ? Integrated System ?ú1|?üoíD??ü·????ùè?μ?·é?ù·￠?1μ??￠1aμ?×ó?ˉ3é?μí3D???ê?1a×ó?ˉ3éó??￠μ?×ó??ê??à?áo?μ???′ó·￠?1 ?ú1a?￥á?1aí¨D??￡ê?ê?±e1aD??￠′|àíó?′?′￠μèáìóò??óDoü1?·oμ?ó|ó??°?° ?1??óDμ?×óμ????-′|àí·?′óoí???ü????1|?ü ?àμ±3éêìμ?′ó1??￡?ˉ3é??ê?oí1a×ó?ˉ3é?÷?tμ????ü?è2￠DD2ù×÷ ??1a×ó1|?üó?μ?×ó1|?ü?é??μ??áo??eà′ ??òaò??úóú1aê?3?1a????òyè?μ?×óD??￠′|àí?μí3áíò?·??? ±ào?69789802
评述 自旋电子学研究与进展 3 詹 文 山 (中国科学院物理研究所 磁学国家重点实验室 北京 100080) 摘 要 自旋电子学是最近几年在凝聚态物理中发展起来的新学科分支,它研究在固体中自旋自由度的有效控制和操纵,在金属和半导体中自旋极化、自旋动力学、自旋极化的输运和自旋电子检测.由于它在信息存储方面的重大应用前景,受到学术界和工业界的高度重视.文章扼要地介绍了自旋电子学发展的历程和发展中的最重要的发现.最近几年,最奇特的发现和最重要的应用莫过于巨磁电阻,薄膜领域纳米技术的迅速发展使巨磁电阻的应用变成可能.作为磁记录头它已使硬磁盘的记录密度提高到170Gbit/in 2.动态随机存储器MRAM 的研究已实现16Mbit 的存储密度. 关键词 自旋电子学,巨磁电阻,磁隧道结,自旋阀 Recent progress i n spi n tron i cs ZHAN W en 2Shan (S tate Key L aboratory forM agnetis m ,Institute of Physics,Chinese acade m y of Sciences,B eijing 100080,China ) Abstract Sp intr onics is a new branch of condensed matter physics devoted t o studies on the manipulation of the s p in degree of freedo m in solids .It involves sp in polarization,s p in dynam ics,s p in trans port,and the detec 2tion of s p in polarized electr ons in metals and sem iconduct ors .Sp intr onics has attracted great attention fr om scien 2tists and manufacturers because of its potential app licati on in infor mati on st orage .A brief review of the develop 2ment of s p intr onics and its most i mportant discoveries will be given .The most exciting event in recent years may be the discovery of the giant magnetoresistance effect in metallic multilayer fil m s and the successful app lication of this effect to infor mation storage .Based on this effect,the magnetic recording density has been increased to 170Gbit /in 2 .A magnet oresistive random access memory of 16Mbit st orage density has als o been developed .These re 2sults clearly demonstrate the i m portance of sp intr onics for infor mati on technology .Keywords Sp intr onics,giant magnet oresistance,magnetic tunnel junctions,s p in valve 3 国家重点基础研究发展计划(批准号:2001CB610600),国家自 然科学基金(批准号:59731010)资助项目 2006-04-04收到初稿,2006-06-02修回 Email:wszhan@aphy .i phy .ac .cn 1 自旋电子学研究的历史回顾 电子具有电荷和自旋两种属性是人所共知的. 电子在电场中运动由于带有电荷而形成电流.导体在磁场中做切割磁力线的运动时,导体中产生电流.反过来,在磁场中的通电导体将产生垂直磁场的运动.从而发明电动机和发电机,成就了一个世纪的文明.在半导体中由于导带中的电子和价带中失去电子形成空穴的输运特性,构成P N 结,1947年发明半 导体晶体管,开创半导体电子学,打开了当代通信和数据处理技术发展的大门,奠定了现代信息社会的基础.所有这些都是基于电子具有电荷的属性.电子在完整晶体的周期性势场中运动是不受阻碍的,因而称为透明的.但是由热引起晶格振动或晶体中的各种缺陷,对电子散射而形成了阻碍.电子不受到散射的平均路程称为平均自由程.在低温下,金属的电
IC电子元器件知识要点有哪些 1.什么是IC IC的英文全称Integrated circuit 指的就是集成电路，集成电路就是把多个电子元件制作到一个硅片上，成为一个一体化的电子元件，IC 就是集成电路。 电子元器件是电子元件和电小型的机器、仪器的组成部分，其本身常由立创商城若干零件构成，可以在同类产品中通用；常指电器、无线电、仪表等工业的某些零件，如电容、晶体管、游丝、发条等子器件的总称。常见的有二极管等。 电子元器件包括：电阻、电容器、电位器、电子管、散热器、机电元件、连接器、半导体分立器件、电声器件、激光器件、电子显示器件、光电器件、传感器、电源、开关、微特电机、电子变压器、继电器、印制电路板、集成电路、各类电路、压电、晶体、石英、陶瓷磁性材料、印刷电路用基材基板、电子功能工艺专用材料、电子胶（带）制品、电子化学材料及部品等。 2. IC的分类 （一）按功能结构分类 集成电路按其功能、结构的不同，可以分为模拟集成电路和数字集成电路两大类。
（二）按制作工艺分类 集成电路按制作工艺可分为半导体集成电路和薄膜集成电路。 膜集成电路又分类厚膜集成电路和薄膜集成电路。 （三）按集成度高低分类 集成电路按规模大小分为：小规模集成电路（SSI）、中规模集成电路（MSI）、大规模集成电路（LSI）、超大规模集成电路（VLSI）、特大规模集成电路（ULSI）。 （四）按导电类型不同分类 集成电路按导电类型可分为双极型集成电路和单极型集成电路。 双极型集成电路的制作工艺复杂，功耗较大，代表集成电路有TTL、ECL、HTL、LST-TL、STTL等类型。单极型集成电路的制作工艺简单，功耗也较低，易于制成大规模集成电路，代表集成电路有CMOS、NMOS、PMOS等类型。 （五）按用途分类 集成电路按用途可分为电视机用集成电路。音响用集成电路、影碟机用集成电路、录像机用集成电路、电脑（微机）用集成电路、电子琴用集成电路、通信用集成电路、照相机用集成电路、遥控集成电路、语言集成电路、报警器用集成电路及各种专用集成电路。
分子束外延技术(MBE) 10cm-3 自旋检测 光学检测和电学检测是自旋检测的两种方法。光学检测方法应用较早且比较成熟。Fiederling[1]和Ohno[2]分别于1999年和2000年在实验上对自旋极化的光学检测进行了研究。Fiederling利用自旋极化的发光二极管对自旋极化的光学检测进行了研究，Ohno则是利用EL谱测量光的偏振度，进而确定电子的自旋极化率。光学方法可以避免其他电学效应的影响。电学检测是利用半导体/铁磁界面的自旋相关输运性质。欧姆接触作为集电极在实验上已经实现，为了有效的探测电子的自旋总数，要求从半导体到铁磁体的接触是球形或隧道的[3]。非平衡自旋总数的化学势的电势测量也是自旋探测技术的一种[4]。 目前，自旋极化电子的高效注入、自旋霍尔效应和自旋流的产生与探测成为自旋电子学中热门的研究专题。最近实验得出，自旋极化电子从铁磁金属注入到半导体能够获得较高的极化率。如今，自旋霍尔效应为自旋流的产生与探测提供了新的途径与方法，因其逆自旋霍尔效应能够将自旋流转化为电流，从而使得难以测量的自旋流可以直接用电学方法测量[5]。利用自旋霍尔效应在半导体中产生自旋流的方法也可以实现自旋电子的注入自旋电子从铁磁物质注入金属也可获得较高的极化率[6]。在半导体量子结构中，还有自旋产生与注入的其他方式，圆偏振光所激发的自旋转移；铁磁材料向半导体的自旋极化注入；自旋filter效应所导致的自旋极化等等。 [1] FIEDERLING R,REUSCHER G,OSSAU W,et al.Injection and detection of a spin-polarized current in a light-emitting diode[J].Nature,1999,402:787 [2]OHNO Y,YOUNG D K,BESCHOTEN B,et al. Electrical spin injection in a ferromagnetic semiconductor heterostructure[J].Nature,2000,402:790 [3] Rashba E I．Theory of electrical spin injection: Tunnel contacts as a solution of the conductivity mismatch problem.Phys Rev B，2000，62：R16267 [4] Hammar P R，Johnson M．Potentiometric measurements of the spin-split subbands in a two-dimensional electron gas.Phys Rev B，2000，61：7207 [5]鲁楠，刘之景.自旋电子学研究的最新进展. 2010年微纳电子技术第47卷第1期11 [6] HANBICKI A T，KIOSEOGLOU G，HOLUB M A，et a1．Electrical spin injection
半导体三极管又称“晶体三极管”或“晶体管”。在半导体锗或硅的单晶上制备两个能相互影响的PN结，组成一个PNP（或NPN）结构。中间的N区（或P区）叫基区，两边的区域叫发射区和集电区，这三部分各有一条电极引线，分别叫基极B、发射极E和集电极C，是能起放大、振荡或开关等作用的半导体电子器件。半导体三极管也称为晶体三极管，可以说它是电子电路中最重要的器件。它最主要的功能是电流放大和开关作用。三极管顾名思义具有三个电极。二极管是由一个PN结构成的，而三极管由两个PN结构成，共用的一个电极成为三极管的基极(用字母b表示)。其他的两个电极成为集电极(用字母c表示)和发射极(用字母e表示)。由于不同的组合方式，形成了一种是NPN型的三极管，另一种是PNP型的三极管。 二极管又称晶体二极管,简称二极管(diode)，另外，还有早期的真空电子二极管；它是一种具有单向传导电流的电子器件。在半导体二极管内部有一个PN结两个引线端子，这种电子器件按照外加电压的方向，具备单向电流的转导性。一般来讲，晶体二极管是一个由p型半导体和n型半导体烧结形成的p-n结界面。在其界面的两侧形成空间电荷层，构成自建电场。当外加电压等于零时，由于p-n 结两边载流子的浓度差引起扩散电流和由自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态，这也是常态下的二极管特性。 电阻，因为物质对电流产生的阻碍作用，所以称其该作用下的电阻物质。电阻将会导致电子流通量的变化，电阻越小，电子流通量越大，反之亦然。没有电阻或电阻很小的物质称其为电导体，简称导体。
不能形成电流传输的物质称为电绝缘体，简称绝缘体。 电容器通常简称其为电容，用字母C表示。定义1：电容器，顾名思义，是‘装电的容器’，是一种容纳电荷的器件。英文名称：capacitor。电容是电子设备中大量使用的电子元件之一，广泛应用于电路中的隔直通交，耦合，旁路，滤波，调谐回路，能量转换，控制等方面。定义2：电容器，任何两个彼此绝缘且相隔很近的导体（包括导线）间都构成一个电容器。 电位器是具有三个引出端、阻值可按某种变化规律调节的电阻元件。电位器通常由电阻体和可移动的电刷组成。当电刷沿电阻体移动时，在输出端即获得与位移量成一定关系的电阻值或电压。电位器既可作三端元件使用也可作二端元件使用。后者可视作一可变电阻器。 继电器是一种电控制器件。它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。 可控硅，是可控硅整流元件的简称，是一种具有三个PN 结的四层结构的大功率半导体器件，亦称为晶闸管。具有体积小、结构相对简单、功能强等特点，是比较常用的半导体器件之一。该器件被广泛应用于各种电子设备和电子产品中，多用来作可控整流、逆变、变频、调压、无触点开关等。家用电器中的调光灯、调速风扇、空调机、电视机、电冰箱、洗衣机、照相机、组合音响、声光电路、定时控制器、玩具装置、无线电遥控、摄像机及工业控制等都大量使用了可控硅器
中国电子元器件行业概况研究-行业发展概况、市场供求 （一）行业发展概况 电子元器件行业作为电子信息产业的重要组成部分，是国民经济战略性、基础性和先导性的支柱产业。电子元器件包括电子元件和电子器件，从20世纪90年代起，广泛应用于消费电子、家用电器、通讯设备、汽车电子、计算机等领域；目前，随着移动智能终端、云计算、物联网、大数据的兴起，其应用领域扩展至虚拟现实、智能穿戴、智能家居、物联网等新兴应用领域。 受益于人口红利和智能设备普及需求，中国市场已成为全球最重要的电子元器件制造基地和消费市场。自2000年以来，凭借较为显著的成本和后发优势，中国逐渐成为世界电子行业相关产品的主要生产基地，目前已成为全球最主要的电子产品制造基地和电子产品出口大国；在中国国民经济增长强劲、工业现代化程度加深及居民消费水平升级的带动下，中国电子元器件产业得到了较为充分地发展。 据中国产业研究报告数据显示，目前，中国电子元器件产业总产值约占电子信息产业的五分之一，电子元器件产业已成为支撑中国电子信息产业发展的重要基础。
根据国家统计局及智研咨询数据显示，2015年中国电子元件制造业的产值及销售收入分别增长至15,931.72亿元、15,355.45亿元，分别同比增长4.86%、4.14%；2016年分别增长至17,848.40亿元、17,362.32亿元，增长率高达12.03%、13.07%。2015年电子器件制造业的产量及销售收入规模分别达16,041.79亿元、15,354.81亿元，同比增长6.31%、5.15%；而2016年分别增至17,940.96亿元、17,361.22亿元，同比增速分别达11.84%、13.07%。由此可见，2016年中国电子元器件市场持续保持高速增长的态势。
自旋电子学 一、什么是自旋电子学？ 自旋电子学是电子学的一个新兴领域，其英文名称为Spintronics，它是由Spin和Electronics两词合并创造出来的新名词。顾名思义，它是利用电子的自旋属性进行工作的电子学。早在19世纪末，英国科学家汤姆逊发现电子之后，人们就知道电子有一个重要特性，就是每一个电子都携带一定的电量，即基本电荷（e=1.60219x10-19库仑）。到20世纪20年代中期，量子力学诞生又告诉人们，电子除携带电荷之外还有另一个重要属性，就是自旋。电子的自旋角动量有两个数值，即±h/2。其中正负号分别表示“自旋朝上”和“自旋朝下”，h 是量子物理中经常要遇到的基本物理常数，称为普朗克常数。 通过对电子电荷和电子自旋性质的研究，最近在电子学和信息技术领域出现了明显的进展。这个进展的重要标志之一就是诞生了自旋电子学。在传统的电子学中，数据处理集成电路所用的是半导体中电子的电荷，但并不是说电子的自旋自由度以前从没有用过，例如传统的数据存储介质，如磁盘，用的就是磁性材料中电子的自旋。 事实上，半导体中有很多类型的自旋极化现象，如载流子的自旋，半导体材料中引入的磁性原子的自旋和组成晶体的原子的核自旋等等。从某种意义上说，已有的技术如以巨磁电阻（GMR）为基础的存储器和自旋阀都是自旋起作用的自旋电子学最基本的应用。但是，其中自旋的作用是被动的，它们的工作由局域磁场来控制。这里所指的自旋电子学则要走出被动自旋器件的范畴，成为基于自旋动力学的主动控制的应用。因为自旋动力学的主动控制预计可以导致新的量子力学器件，如自旋晶体管、自旋过滤器和调制器、新的存储器件、量子信息处理器和量子计算。从这个意义上说，自旋电子学是在电子材料，如半导体中，主动控制载流子自旋动力学和自旋输运的一个新兴领域。已经证明，通过注入、输运和控制这些自旋态，可以执行新的功能。这就是半导体自旋电子学新领域所包含的内容，它涉及自旋态在半导体中的利用。 二、自旋电子学的物理学原理和挑战 对于目前的自旋电子学，令人感兴趣的两个重要的物理学原理是：自旋作为一个动力学变数，它有量子力学固有的量子特性，这些特性将导致新的自旋电子学量子器件而不是传统的以电子电荷为基础的电子学。另一个是与自旋态有关的长驰豫时间或相干时间。在磁性半导体中，自旋朝上的载流子浓度往往多于自旋朝下的载流子，这些载流子运动会产生所谓自旋极化电流。自旋极化电流的大小、存在的时间长短取决于许多因素，如材料的特性、界面、外场及温度等等。事实上，半导体中的载流子自旋可以通过局域磁场，或通器件的栅极改变外加电场，甚至通过偏振光地进行操作。这一事实，是开发自旋电子学应用的一个重要的物理基础。 尽管对自旋电子学的基本原理和概念的研究非常令人感兴趣，但在人们能够制造出自旋电子学应用器件之前，还有许多障碍需要克服。例如，自旋电子学的一个基本要求是在电子材料中产生和保持大的自旋极化电流到很长的时间。要实现这一点尚需继续努力才能完成。事实上，把足够大的自旋极化电流引入半导体材料也是一个问题。以此类似，对于量子计算，人们要求精密的控制自旋纠缠及利用局域磁场操纵单一自旋。对此，虽然已经提出许多设计方案，但至今尚没有特别好的想法。很清楚的是，对于一个崭新的领域，总是机会与挑战并存。在自旋电子学的应用变成现实之前，确实有大量的基本物理问题需要研究。有关自旋电子学的物理学基础和应用问题的研究现状，有兴趣的读者可以参看最近刚刚发表的一篇极好的评述文章：Zutic′, Fabian, and Das Sarma: Spintronics: Fundamen- tals and applications，Rev. Mod. Phys., 76, 323-410，April 2004。