章曉中：架起半導(dǎo)體工業(yè)與磁傳感器工業(yè)間的橋梁

以硅為主的半導(dǎo)體工業(yè)和以磁性材料為主的磁傳感器和磁存儲工業(yè)是信息工業(yè)的兩大支柱，在過去，它們之間是完全獨立的，然而清華大學(xué)材料科學(xué)與工程系教授章曉中卻帶領(lǐng)著他的研究組，在它們之間架起了一座橋梁。

2011年，章曉中研究組最新研究成果《硅的低場磁電阻的幾何增強(qiáng)》在《自然》雜志發(fā)表，這是磁電阻領(lǐng)域的一項重大突破。

探究前沿 立足國需

章曉中1989年于牛津大學(xué)獲得博士學(xué)位，之后曾在英國皇家研究院、新加坡國立大學(xué)工作多年，經(jīng)過30年的科研歷練，獲得了扎實的專業(yè)知識、獨到的專業(yè)眼光、寬廣的國際視野和豐富的科研經(jīng)驗。

人類社會生活的許多方面都涉及與磁場相關(guān)的信息，探測、采集、存儲、轉(zhuǎn)換、復(fù)現(xiàn)和監(jiān)控這些信息都離不開磁傳感器，它已成為當(dāng)今信息技術(shù)和信息產(chǎn)業(yè)中不可或缺的元件。

然而，制備磁傳感器的原材料卻是磁性材料以及昂貴的稀土材料，尋找一種更便宜的替代材料的重?fù)?dān)便落在了科學(xué)家們身上。2003年章曉中的研究組開始介入這方面的研究。

持續(xù)創(chuàng)新 成就斐然

2008年和2009年，國外科學(xué)家相繼發(fā)文指出在硅中可以產(chǎn)生很大的磁阻。但他們的論文只是展示了這個發(fā)現(xiàn)，距離真正的應(yīng)用還很遠(yuǎn)。看到國外同行發(fā)表的文章之后，章曉中更加確信這條道路走對了，但是只有作出比別人更大的成績，才能真正使發(fā)現(xiàn)為工業(yè)所用。

經(jīng)過不懈努力，章曉中研究組利用在同一塊硅片上做上二極管和巧妙設(shè)計載流子通路發(fā)明了幾何增強(qiáng)磁電阻（GEMR）。硅中的本征磁電阻是普通磁電阻效應(yīng)，二極管幫助建立了一個從低電阻態(tài)到高電阻態(tài)的轉(zhuǎn)變，在轉(zhuǎn)變點附近，硅的本征磁電阻被由硅和電極配置構(gòu)成的幾何因子放大，幾何因子越大，磁電阻越大。他們的器件的磁電阻可以在0.06T下達(dá)到30%，進(jìn)一步優(yōu)化器件可進(jìn)一步提高性能。爭取做到微型化和高靈敏度。他們還在GaAs 和Ge上實現(xiàn)了GEMR。這項工作提供了在單一材料上實現(xiàn)磁光電復(fù)合功能的可能性。

“我們的工作表明半導(dǎo)體的電荷屬性也可以做傳統(tǒng)上由磁性金屬的自旋屬性完成的磁電阻工作，這可能造成半導(dǎo)體工業(yè)和磁傳感器工業(yè)的聯(lián)姻。”章曉中自豪地表示，“這種聯(lián)姻還可能會在科學(xué)上引出許多新的發(fā)現(xiàn)，如"磁""電"（甚至磁光電）結(jié)合的新型半導(dǎo)體器件，從而推動信息產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)新的增長點。”

隨著該成果的發(fā)表，贊譽(yù)也隨之而來。創(chuàng)刊于1899年的MIT著名雜志Technology Review的中文版采訪了章曉中，并且寫了特別報道《磁電阻革命硅基磁傳感器的工業(yè)化實現(xiàn)》介紹他們的工作。章曉中2012年還受邀在磁性材料工業(yè)界最著名的國際會議InterMag 會議上作邀請報告（國內(nèi)唯一的邀請報告），并在2012年7月召開的磁學(xué)界最高級別的國際會議第19屆國際磁學(xué)和強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子系統(tǒng)大會作半大會報告（國內(nèi)唯一的一篇大會和半大會報告）。研究組關(guān)于硅基磁電阻的工作也入選了2011年度“中國科學(xué)十大進(jìn)展”以及2011年度“中國高等學(xué)校十大科技進(jìn)展”。