——　第二部分 国家自然科学基金项目成果巡礼　——

　　清华大学材料系北京电镜中心的章晓中教授研究组在2011年9月15日出版的Nature上发表了论文《硅基低场磁电阻的几何增强》 [Caihua Wan (万蔡华，博士研究生), Xiaozhong Zhang, et al, Geometrical enhancement of low-field magnetoresistance in silicon, Nature, 477, 304-307 (2011)]。这是中国首次以第一单位在Nature/Science杂志上刊登磁电阻领域的研究成果, 该研究成果是由章晓中教授研究组独立完成，是该领域中的一项重大突破。

　　章晓中教授研究组在2011年的这篇论文中的结果表明：在掺杂浓度极低的n型硅中，经由少子注入，施加一定的电流，可以在硅中人为产生一个少子区和多子区的边界（一个动态的p-n结）。在这个p-n边界附近，载流子迁移率的波动被放大，因此磁电阻也得到了极大的增强。利用这一原理，章晓中教授研究组设计了一种硅基IMR的原型器件。通过调控器件的几何结构，这种器件的室温磁场灵敏度显著增强，在0.07特斯拉和0.2特斯拉下分别实现了10％和100％的磁电阻，接近了商用巨磁阻(GMR)器件的水平。随着器件的小型化和结构优化，器件性能还能继续提升。

　　这种兼具低场灵敏度和巨磁电阻效应的硅基IMR器件可以覆盖从0.05特斯拉到至少数特斯拉的磁场范围，因而对磁传感器工业具有非常大的吸引力。特别是考虑到该器件是基于传统的半导体硅材料，因而这种器件可以很方便地集成到传统的硅基微电子工业中，从而推动传统金属基磁电子学向半导体基磁电子学特别是向硅基磁电子学的升级。目前磁传感器/读出磁头由磁性金属材料制造，逻辑控制部件由硅制造，今后如果采用硅基磁电阻器件，传感器和控制部分可以集成在同一个硅片上。更进一步，考虑到硅是目前制备太阳能电池的主流材料，还可以在同一硅片上制备一个太阳能电池，从而制备出不用外接电源的自驱动磁传感器。硅基IMR器件的发明将对目前的磁传感器和磁存储工业带来革命性的变化。该工作得到国家自然科学基金的持续资助。