不需要的电子噪声在半导体中的潜在应用

RTN信号的时间演变与相应的RTN直方图为1/f 2的特征在负（a）和正电压（b）下的噪声功率谱中。1/f2直方图中的高电阻状态表示层之间的反平行自旋状态（a），层间平行自旋状态的低电阻状态表示（b）

随机电报噪声（RTN）是一种不需要的电子噪声，长期以来一直是电子系统中的一种干扰，会导致信号处理中的波动和错误。然而，韩国基础科学研究所集成纳米结构物理中心的一组研究人员取得了一项有趣的突破，可以潜在地利用半导体的这些波动。在Lee Young-Hee教授的领导下，该团队报告称，通过在二硒化钨（V-WSe2）中引入钒作为微小的磁性掺杂剂，可以在vdW层状半导体中产生磁波动及其巨大的RTN信号。

横向器件的高接触电阻通常限制了固有量子态的表现，进一步降低了器件的性能。为了克服这些限制，研究人员通过在顶部和底部石墨烯电极之间夹几层磁性材料V-WSe2，引入了一种垂直磁性隧道结装置。该器件即使在钒掺杂浓度仅为~0.2%的情况下，也能表现出磁性波动等固有量子态，实现高幅度RTN信号。

该研究的作者Lan Anh T.Nguyen博士说：“成功的关键是通过构建低接触电阻的垂直磁性隧道结器件来实现电阻的大磁波动。”

通过使用这些设备进行电阻测量实验，研究人员观察到RTN在定义明确的两种稳定状态之间具有高达80%的高振幅。在双稳态中，通过磁畴之间的层内和层间耦合之间的竞争，电阻的磁波动随着温度而普遍存在。该团队能够通过RTN直方图中具有噪声功率谱独特特征的离散高斯峰来识别这种双稳态磁状态。

最重要的是，研究人员发现了通过改变电压极性来切换双稳态磁状态和RTN截止频率的能力。这一令人兴奋的发现为1/f2噪声谱在磁性半导体中的应用铺平了道路，并在自旋电子学中提供了磁开关能力。

李教授解释道：“这是从磁性半导体的大电阻波动中观察双稳态磁状态的第一步，并通过自旋电子学中的简单电压极性提供了具有1/f2噪声的磁开关能力。”