物理与电子学院学术报告

报告主题：半导体与磁学的融合--存储逻辑一体化

报告人： 清华大学章晓中教授

报告时间：2016年4月11日下午3:30~4:30

报告地点：中南大学新校区物理与电子学院多功能报告厅（116室）

报告人简介：章晓中,男，清华大学材料学院二级教授,博导。1982年1月毕业于复旦大学物理系（77级），获学士学位。84年9月在上海交通大学物理系获硕士学位，85年获国家奖学金去英国牛津大学材料系读博士，89年7月获牛津大学博士学位。89年-92年在英国The Royal Institution of Great Britain做博士后。92年-99年在新加坡国立大学物理系任教。99年7月至今在清华大学材料系（材料学院）任外籍教授，博导。1999-2006年担任清华大学电子显微镜实验室主任、清华大学材料院中心实验室副主任。目前担任先进材料教育部重点实验室副主任、全国纳米技术标委会副主任委员、全国微束分析标委会顾问、国际晶体学联盟旗舰杂志IUCrJ的co-editor。目前的研究领域为：自旋电子学材料与器件、碳材料、纳米材料与纳米结构、材料的电子显微学及计算材料学。已经在Nature等SCI收录杂志上发表论文180篇，获得中国发明专利16项。章晓中多次在国内外重要学术会议上做邀请报告，特别是2012年在国际磁学大会（ICM 2012）上做半大会报告，在2012年国际磁学会议(Intermag 2012)上做邀请报告。章晓中的硅基磁电阻器件工作入选2011年度“中国科学十大进展”和2011年度“中国高等学校十大科技进展”。

报告简介：传统的硅基CMOS逻辑器件的因为尺寸越来越接近其物理极限，持续发展遇到了巨大的困难，磁电子器件因为具有多功能、非易失、高速、低能耗等特点，基于磁电子逻辑器件的芯片有望突破传统的CMOS芯片的发展限制。目前提出的磁电子逻辑器件结构主要包括自旋基的磁电子逻辑器件和磁场基的磁电子逻辑器件。现有的自旋基磁电子逻辑器的自旋信号十分微弱，很多器件还只停留在理论构想上，未实验实现。现有的磁场基磁电子逻辑器件因为需要高迁移率昂贵的特殊半导体材料，器件制作工艺与硅工艺不兼容，且工作磁场过大，限制了其进一步的产业化应用。

我们把传统的电荷器件和磁电子器件相结合来设计新型磁电子逻辑器件。我们发明了一种结合了二极管的非线性输运特性和硅材料的霍尔效应的磁逻辑器件，该器件可在单个器件上实现涵盖所有四种基本逻辑运算（与，或，与非，或非）的可编程的布尔逻辑运算。该磁逻辑器件可以通过调节电流大小和二极管的位置来实现不同逻辑运算之间的变化。该磁电子逻辑运算实现了一种新型的与非易失存储相结合的逻辑运算。但是非磁性半导体的磁灵敏度受限于载流子的迁移率，需要较大的漏磁场才能有响应，这对产生漏磁场的磁性颗粒尺寸和位置提出了苛刻的要求，不利于器件集成化和小型化。因此，我们进一步直接把磁性材料和半导体材料连接，把磁性材料中的反常霍尔效应和半导体材料中的非线性效应结合。提出了一种基于垂直磁化材料的磁逻辑器件，该器件也可实现涵盖所有四种基本逻辑运算的可编程的布尔逻辑运算。与正常霍尔效应磁电子磁逻辑器件相比，反常霍尔效应磁电子逻辑器件有更加紧凑的结构，更低的工作磁场和更高的1/0输出比等优点。反常霍尔效应磁电子逻辑器件的发明实现了用一个磁性材料做磁存储和磁逻辑两种功能，有望发展出一种存储逻辑一体化的非冯-诺依曼计算机结构。

关键词：磁逻辑，硅，正常霍尔效应，垂直磁化材料，反常霍尔效应