半导体自旋电子材料与器件

课程编码：1800920805Z2P3004H 英文名称：Semiconductor Magnetic Quantum Structures 课时：50 学分：2.50 课程属性：专业课 主讲教师：赵建华等

半导体工艺正在迈进3 nm节点，摩尔定律即将走到尽头，呼唤新的技术革命包括新材料的出现。而在人类生活中发挥着重要作用的磁性材料和半导体，200多年以来就像两条铁轨一样并行发展着，鲜有交集。半导体自旋电子材料可以结合磁性材料与半导体的特性，用来操控半导体中电子自旋自由度，有望将逻辑运算、磁存储、光通信三个功能集成在单个芯片上，研发出新一代半导体自旋电子功能器件，从而满足未来信息领域超高速、低功耗和超大容量的发展需求。本课程为材料学科各专业硕士生和博士生的普及课，主要介绍半导体自旋电子材料与器件的研究基础、前沿进展以及未来应用，具体包括半导体自旋电子材料的制备、自旋相关物理效应、自旋电子器件微纳加工以及自旋调控技术等。主要授课对象包括材料学、凝聚态物理学和微电子等专业的研究生，也可以作为其他理工科研究生拓宽视野的选修课。通过此课程的学习，可以了解和掌握作为后摩尔时代的一类代表性材料——半导体自旋电子材料与相关器件的基本特性、主要研究进展、面临的挑战与机遇。

大学物理、固体物理

第一章 半导体自旋电子材料与器件研究进展简介 8学时 赵建华
第1节 半导体和我们的生活
第2节 半导体自旋电子学
第3节 半导体自旋电子材料与器件基本特性、主要研究进展、面临的挑战与机遇
第4节 分子束外延技术
第二章 自旋相关效应及其物理原理
第1节 磁学基础 2学时 赵建华
第2节 自旋动力学 2学时 赵建华
第3节 磁光效应与自旋分辨测量 2学时 王海龙
第4节 自旋热电效应 1学时 王海龙
第5节 自旋相关磁阻效应 1学时 王海龙
第6节 自旋转移力矩和自旋轨道力矩 2学时 赵建华
第三章 半导体自旋注入和探测 8学时 王海龙
第1节 半导体中自旋输运理论模型
第2节 自旋探测原理与研究进展
第3节 电学自旋注入原理与研究进展
第4节 电学自旋调控的原理与研究进展
第5节 自旋极化率的概念及其实验测量
第四章 拓扑自旋电子材料及相关物理效应 8学时 王海龙
第1节 物理中的拓扑与对称性
第2节 拓扑绝缘体与量子自旋霍尔效应（拓扑半导体）
第3节 拓扑半金属与三维量子霍尔效应
第4节 磁性斯格明子及其电学调控
第5节 手性磁体及其多场调控
第五章 半导体自旋电子器件加工 4学时 王海龙
第1节 光刻与电子束曝光原理与工艺
第2节 湿法腐蚀与干法刻蚀
第3节 典型自旋电子器件的设计
第4节 若干自旋电子器件的加工
第六章 强自旋轨道耦合半导体纳米结构 2学时 赵建华
第1节 半导体-超导体纳米异质结构与拓扑量子计算
第2节 高质量强自旋轨道耦合窄禁带半导体-超导纳米异质结构原位分子束外延制备
第七章 拓扑自旋电子材料及相关物理效应 10学时 赵建华
第1节 课程总结
第2节 期末考试（口头报告答辩+讨论交流+教师点评形式进行）

赵建华，中国科学院半导体研究所研究员，博士生导师，中国科学院大学岗位教授。1985、1988年吉林大学物理系学士、硕士，1999年中科院物理所博士，1999-2002年中科院半导体所、日本东北大学博士后，2003年至今半导体超晶格国家重点实验室研究员。长期从事自旋电子学和半导体低维量子体系研究，取得了系统的创新性成果。发表文章270余篇。获亚洲磁学联盟奖、黄昆物理奖、国家技术发明二等奖。现任国际纯粹与应用物理学联合会（IUPAP）磁学专业委员会委员、国际磁学与磁性材料顾问委员会委员、《半导体学报》副主编。
王海龙, 男, 副研究,员, 硕士生导师。2009年本科毕业于北京大学物理学院, 2014年博士毕业于中国科学院大学。主要从事半导体自旋电子学和半导体量子结构与物理等方面的研究。在Nature Nanotechnology、Physical Review Letters、Advanced Materials和Nano Letters等国际重要学术刊物上发表论文60余篇。