包郵自旋電子科學(xué)與技術(shù) 精裝版

作者：趙巍勝張博宇彭守仲

出版社：人民郵電出版社出版時間：2023-12-01

開本： 16開 頁數(shù)： 448

本類榜單：工業(yè)技術(shù)銷量榜

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版權(quán)信息
本書特色
內(nèi)容簡介
目錄
作者簡介

自旋電子科學(xué)與技術(shù) 精裝版版權(quán)信息

ISBN：9787115620996
條形碼：9787115620996 ; 978-7-115-62099-6
裝幀：平裝-膠訂
冊數(shù)：暫無
重量：暫無
所屬分類：
工業(yè)技術(shù)
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電子通信
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一般性問題

自旋電子科學(xué)與技術(shù) 精裝版本書特色

圍繞集成電路科學(xué)與工程一級學(xué)科建設(shè)，結(jié)合當前產(chǎn)業(yè)和技術(shù)需求組織內(nèi)容；

追蹤全球研究前沿，介紹新的自旋電子學(xué)知識體系；

緊密結(jié)合產(chǎn)業(yè)實踐，融入作者團隊前沿實驗室的新產(chǎn)業(yè)化成果

自旋電子科學(xué)與技術(shù) 精裝版內(nèi)容簡介

自旋電子學(xué)是凝聚態(tài)物理學(xué)、物理電子學(xué)、微電子學(xué)、固體電子學(xué)等多學(xué)科交叉形成的一門新興學(xué)科，目前已經(jīng)成為信息科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域的重要組成部分。利用對電子自旋屬性的控制以及電子自旋的諸多效應(yīng)可以設(shè)計電子器件。例如，基于巨磁阻效應(yīng)的自旋電子器件在硬盤上作為磁頭的廣泛使用，使硬盤容量在過去20年增長過10萬倍，巨磁阻效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)者—法國科學(xué)家阿爾貝·費爾（Albert Fert）和德國科學(xué)家彼得·格林貝格（Peter Grünberg）也因此于2007 年被授予諾貝爾物理學(xué)獎。本書基于自旋電子學(xué)領(lǐng)域近15年快速發(fā)展所取得的重要研究成果編寫而成，力求具有前瞻性、系統(tǒng)性和實用性，內(nèi)容涵蓋從物理機理到電子器件、從特種設(shè)備到加工工藝、從芯片設(shè)計到應(yīng)用場景的相關(guān)知識。全書共14章，主要包括自旋電子的起源與發(fā)展歷程、巨磁阻效應(yīng)及器件、隧穿磁阻效應(yīng)及器件、自旋轉(zhuǎn)移矩效應(yīng)及器件、自旋軌道矩效應(yīng)及器件、自旋納米振蕩器、斯格明子、自旋芯片電路設(shè)計及仿真、自旋芯片特種設(shè)備及工藝、自旋芯片測試與表征技術(shù)、磁傳感芯片及應(yīng)用、大容量磁記錄技術(shù)、磁隨機存儲芯片及應(yīng)用，以及自旋計算器件與芯片等內(nèi)容。本書可作為高等學(xué)校自旋電子學(xué)相關(guān)專業(yè)研究生和高年級本科生的教材，也可作為自旋電子學(xué)相關(guān)領(lǐng)域科研工作者和工程技術(shù)人員的重要參考資料。

自旋電子科學(xué)與技術(shù) 精裝版目錄

第 1 章自旋電子的起源與發(fā)展歷程 1

1.1　自旋電子的起源　1

1.1.1　電子的發(fā)現(xiàn)　1

1.1.2　電子自旋的發(fā)現(xiàn)　4

1.1.3　磁性與自旋　7

1.2　自旋電子的發(fā)展歷程　10

1.2.1　自旋電子的早期應(yīng)用　11

1.2.2　自旋電子的大規(guī)模應(yīng)用　14

1.2.3　自旋芯片的新近發(fā)展　15

1.3　本章小結(jié)　19

思考題　19

參考文獻　20

第　2 章巨磁阻效應(yīng)及器件　25

2.1　巨磁阻效應(yīng)原理　26

2.1.1　巨磁阻效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)　26

2.1.2　巨磁阻效應(yīng)的理論模型　29

2.2　巨磁阻效應(yīng)器件　31

2.2.1　電流在平面內(nèi)型器件　32

2.2.2　電流垂直于平面型器件　35

2.3　本章小結(jié)　39

思考題　39

參考文獻　39

第3　章隧穿磁阻效應(yīng)及器件　43

3.1　隧穿磁阻效應(yīng)　43

3.1.1　隧穿磁阻效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)　43

3.1.2　隧穿磁阻效應(yīng)的理論模型　45

3.2　面內(nèi)磁隧道結(jié)器件　46

3.2.1　磁各向異性的機理　47

3.2.2　基于Al-O 勢壘的磁隧道結(jié)　48

3.2.3　基于MgO 勢壘的磁隧道結(jié)　49

3.2.4　面內(nèi)磁隧道結(jié)的基本結(jié)構(gòu)及性能優(yōu)化　54

3.3　垂直磁隧道結(jié)器件　57

3.3.1　垂直磁各向異性的發(fā)展　57

3.3.2　垂直磁隧道結(jié)的基本結(jié)構(gòu)及性能優(yōu)化　60

3.4　本章小結(jié)　65

思考題　66

參考文獻　66

第4　章自旋轉(zhuǎn)移矩效應(yīng)及器件　73

4.1　自旋轉(zhuǎn)移矩效應(yīng)　73

4.1.1　磁動力學(xué)原理及其發(fā)展歷程　73

4.1.2　自旋轉(zhuǎn)移矩效應(yīng)的原理　76

4.1.3　自旋轉(zhuǎn)移矩效應(yīng)的實驗驗證　78

4.2　自旋轉(zhuǎn)移矩器件　79

4.2.1　基于面內(nèi)磁各向異性的磁隧道結(jié)　79

4.2.2　基于垂直磁各向異性的磁隧道結(jié)　83

4.2.3　新型自旋轉(zhuǎn)移矩器件結(jié)構(gòu)優(yōu)化　87

4.3　本章小結(jié)　92

思考題　92

參考文獻　93

第5　章自旋軌道矩效應(yīng)及器件　99

5.1　自旋軌道矩效應(yīng)　99

5.1.1　自旋軌道耦合　100

5.1.2　自旋霍爾效應(yīng)　101

5.1.3　Rashba-Edelstein 效應(yīng)　102

5.1.4　自旋軌道矩翻轉(zhuǎn)的微觀機理　103

5.1.5　自旋軌道矩與自旋轉(zhuǎn)移矩的協(xié)同效應(yīng)　105

5.2　自旋軌道矩器件的關(guān)鍵材料　106

5.2.1　非磁性重金屬　106

5.2.2　反鐵磁金屬　108

5.2.3　拓撲絕緣體　109

5.3　自旋軌道矩器件　110

5.3.1　面內(nèi)磁各向異性自旋軌道矩器件　110

5.3.2　面內(nèi)雜散場輔助的自旋軌道矩器件　111

5.3.3　交換偏置場輔助的自旋軌道矩器件　112

5.3.4　自旋軌道矩與自旋轉(zhuǎn)移矩協(xié)同器件　114

5.3.5　自旋軌道矩與電壓調(diào)控磁各向異性協(xié)同器件　116

5.4　本章小結(jié)　119

思考題　119

參考文獻　120

第6　章自旋納米振蕩器　129

6.1　自旋納米振蕩器概述　129

6.1.1　自旋納米振蕩器的工作原理　130

6.1.2　自旋納米振蕩器的基本結(jié)構(gòu)　131

6.1.3　自旋納米振蕩器的振蕩模式　135

6.2　自旋納米振蕩器的關(guān)鍵性能　139

6.2.1　自旋納米振蕩器的基礎(chǔ)性能　139

6.2.2　自旋納米振蕩器的同步特性　142

6.3　基于自旋納米振蕩器的潛在應(yīng)用　144

6.3.1　基于自旋納米振蕩器的類腦計算　144

6.3.2　基于自旋納米振蕩器的其他潛在應(yīng)用　145

6.4　自旋納米振蕩器存在的問題與解決方案　147

6.4.1　自旋納米振蕩器的性能瓶頸　147

6.4.2　自旋納米振蕩器集成電路設(shè)計的復(fù)雜性　148

6.5　本章小結(jié)　149

思考題　150

參考文獻　150

第7　章斯格明子　155

7.1　斯格明子概述　155

7.1.1　斯格明子的定義與拓撲穩(wěn)定性　155

7.1.2　斯格明子的發(fā)現(xiàn)過程　160

7.1.3　斯格明子的研究意義　160

7.2　斯格明子的研究方法　162

7.2.1　斯格明子的微磁學(xué)仿真計算　162

7.2.2　斯格明子表征的相關(guān)實驗技術(shù)　163

7.3　斯格明子的材料體系　166

7.3.1　手性磁體　166

7.3.2　磁性薄膜　166

7.3.3　二維范德瓦爾斯材料　168

7.4　斯格明子電子學(xué)的物理基礎(chǔ)　168

7.4.1　斯格明子的產(chǎn)生　168

7.4.2　斯格明子的輸運　171

7.4.3　斯格明子的檢測　173

7.5　斯格明子電子器件概念及應(yīng)用　175

7.5.1　基于斯格明子的傳統(tǒng)器件　175

7.5.2　基于斯格明子的新型計算器件　178

7.6　斯格明子電子學(xué)未來的發(fā)展與挑戰(zhàn)　183

7.7　本章小結(jié)　184

思考題　185

參考文獻　185

第8　章自旋芯片電路設(shè)計及仿真　191

8.1　自旋電子器件建模與驗證　192

8.1.1　物理模型　193

8.1.2　模型構(gòu)架　198

8.1.3　模型仿真驗證　201

8.2　自旋電子器件工藝設(shè)計包　205

8.2.1　器件單元庫　206

8.2.2　工藝文件　206

8.2.3　版圖驗證文件　207

8.2.4　標準單元庫　209

8.3　1 KB 磁存儲器電路的設(shè)計與仿真驗證　210

8.3.1　系統(tǒng)架構(gòu)　210

8.3.2　核心模塊電路　212

8.3.3　功能仿真驗證　218

8.4　本章小結(jié)　219

思考題　220

參考文獻　220

第9　章自旋芯片特種設(shè)備及工藝　224

9.1　器件制備工藝概述　224

9.1.1　巨磁阻器件的制備工藝　225

9.1.2　磁隧道結(jié)器件的制備工藝　226

9.2　膜堆制備設(shè)備及工藝　228

9.2.1　超高真空磁控濺射設(shè)備及工藝　229

9.2.2　磁場退火設(shè)備及工藝　239

9.3　圖形轉(zhuǎn)移設(shè)備及工藝　241

9.3.1　光刻設(shè)備及工藝　241

9.3.2　刻蝕設(shè)備及工藝　246

9.4　器件片上集成工藝　251

9.4.1　磁隧道結(jié)前處理工藝　253

9.4.2　磁隧道結(jié)后處理工藝　255

9.5　本章小結(jié)　256

思考題　257

參考文獻　257

第　10 章自旋芯片測試與表征技術(shù)　263

10.1　薄膜基本磁性表征技術(shù)　263

10.1.1　磁強計　263

10.1.2　磁光克爾測量儀　266

10.1.3　鐵磁共振表征技術(shù)　267

10.1.4　時間分辨磁光克爾測量儀　274

10.1.5　磁光克爾顯微成像及磁疇動力學(xué)表征　276

10.1.6　布里淵光散射裝置　283

10.1.7　X 射線磁圓二色　286

10.2　自旋電子器件表征技術(shù)　289

10.2.1　自旋輸運測試　289

10.2.2　磁動態(tài)超快電學(xué)特性表征技術(shù)　296

10.2.3　自旋電子器件中的磁疇動力學(xué)表征　298

10.3　自旋芯片表征　299

10.3.1　晶圓級多維度磁場探針臺　300

10.3.2　電流面內(nèi)隧穿測試儀　301

10.4　本章小結(jié)　303

思考題　303

參考文獻　303

第　11 章磁傳感芯片及應(yīng)用　311

11.1　磁傳感芯片概述　311

11.1.1　傳感單元　312

11.1.2　惠斯通電橋結(jié)構(gòu)　316

11.1.3　傳感器電路　320

11.2　磁傳感芯片中的噪聲　320

11.2.1　噪聲來源　322

11.2.2　降噪方法　324

11.3　磁傳感芯片應(yīng)用　326

11.3.1　電子羅盤　326

11.3.2　轉(zhuǎn)速檢測　329

11.3.3　電流檢測　331

11.3.4　生物醫(yī)學(xué)檢測　332

11.4　本章小結(jié)　334

思考題　335

參考文獻　335

第　12 章大容量磁記錄技術(shù)　341

12.1　硬盤存儲技術(shù)的發(fā)展　341

12.1.1　水平磁記錄與垂直磁記錄　341

12.1.2　硬盤磁頭　342

12.1.3　大容量存儲面臨的挑戰(zhàn)　345

12.2　微波輔助磁記錄　346

12.2.1　微波輔助磁翻轉(zhuǎn)效應(yīng)　346

12.2.2　微波輔助磁記錄系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)　349

12.2.3　微波輔助磁記錄系統(tǒng)的設(shè)計及優(yōu)化　350

12.3　熱輔助磁記錄　353

12.3.1　熱輔助磁記錄基本原理　353

12.3.2　熱輔助磁記錄系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)　356

12.3.3　熱輔助磁記錄系統(tǒng)的設(shè)計及優(yōu)化　358

12.4　本章小結(jié)　362

思考題　363

參考文獻　363

第　13 章磁隨機存儲芯片及應(yīng)用　366

13.1　磁隨機存儲器的發(fā)展及現(xiàn)狀　366

13.2　Toggle-MRAM　369

13.2.1　磁場寫入方法及原理　369

13.2.2　Toggle-MRAM 的主要應(yīng)用場景　370

13.2.3　Toggle-MRAM 的發(fā)展現(xiàn)狀與未來展望　371

13.3　STT-MRAM　371

13.3.1　STT-MRAM 的發(fā)展歷程　371

13.3.2　STT-MRAM 的主要應(yīng)用場景　374

13.3.3　STT-MRAM 的發(fā)展現(xiàn)狀與未來展望　377

13.4　SOT-MRAM　377

13.4.1　SOT-MRAM 的寫入機理　379

13.4.2　SOT-MRAM 的設(shè)計難點　381

13.4.3　SOT-MRAM 的工藝挑戰(zhàn)　384

13.4.4　SOT-MRAM 的現(xiàn)狀與展望　385

13.5　本章小結(jié)　387

思考題　387

參考文獻　388

第　14 章自旋計算器件與芯片　397

14.1　存算一體　397

14.1.1　存算一體的技術(shù)簡介　397

14.1.2　存算一體的技術(shù)方案與挑戰(zhàn)　399

14.1.3　自旋存算一體　403

14.2　自旋類腦器件及芯片　410

14.2.1　自旋類腦器件　411

14.2.2　類腦計算模型　413

14.2.3　類腦計算芯片　416

14.3　磁旋邏輯器件　417

14.3.1　磁旋邏輯器件的基本結(jié)構(gòu)　418

14.3.2　基于磁電耦合效應(yīng)的信息寫入　418

14.3.3　基于逆自旋霍爾效應(yīng)的信息讀取　422

14.3.4　磁旋邏輯建模和仿真驗證　425

14.3.5　磁旋邏輯器件展望　427

14.4　本章小結(jié)　427

思考題　428

參考文獻　428

中英文術(shù)語對照表　443

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自旋電子科學(xué)與技術(shù) 精裝版作者簡介

趙巍勝中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會第十屆全國委員會常務(wù)委員會委員、第八屆教育部科學(xué)技術(shù)委員會委員、北京航空航天大學(xué)副校長、自旋芯片與技術(shù)全國重點實驗室常務(wù)副主任、“空天信自旋電子技術(shù)”工信部重點實驗室主任、《集成電路與嵌入式系統(tǒng)》期刊主編。 2019 年入選IEEE Fellow，2020 年入選教育部“長江學(xué) 者獎勵計劃”，2021 年獲科學(xué)探索獎和中國電子學(xué)會科學(xué)技術(shù)獎（自然科學(xué)）一等獎，2022年獲華為奧林帕斯先鋒獎，2023 年獲中國儀器儀表學(xué)會科學(xué)技術(shù)獎技術(shù)發(fā)明一等獎，2020—2022 年連續(xù)入選愛思唯爾“中國高被引學(xué) 者”，曾擔(dān)任IEEENANOARCH 2016 及ACM GLSVLSI 2020 國際會議大會主席。 2007 年獲法國巴黎南大學(xué)（現(xiàn)巴黎薩克雷大學(xué)）物理學(xué)博士學(xué)位，2009 年任法國國家科學(xué)院研究員（終身職位），2013 年入職北京航空航天大學(xué)。長期從事自旋電子學(xué)、新型信息器件、新型非易失存儲器等領(lǐng)域的交叉研究，取得了一系列原創(chuàng)性研究成果。2018—2023 年間，共發(fā)表ESI 高被引論文15 篇，總被引20 000余次，H 因子76；獲150 余項發(fā)明專利授權(quán)，產(chǎn)權(quán)轉(zhuǎn)讓或授權(quán)使用50 余項。

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