Si系希薄磁性半導体中で新規に発見された磁気輸送異常の電子論的アプローチ

硅基稀磁半导体中新发现的磁输运异常的电子方法

基本信息

批准号：
02J00652
负责人：
横田壮司
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Osaka Prefecture University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

Siにf電子系金属、Ceを希薄にドーピングした系で、磁性・超常磁性・スピングラス、巨大磁気抵抗、近藤効果等の現象が確認された。これまでの検討では、高キャリア濃度では強磁性カップリングが安定化し、低キャリア濃度では強相関的物性が安定化している。しかしながら、Ceがアクセプターとして働くためキャリア濃度依存性の詳細な検討には至っておらず、それらの現象がキャリアの運動エネルギーの利得によって生じるものか、またはf軌道を介して生じるものか明らかではない。今年度、Si:Ce MOS構造を作成し、外部電界を用いてSi:Ceと絶縁体界面のキャリアを独立制御することによる磁気秩序の変化を調べた。本年度得られた結果を研究実施計画に沿って報告する。(1)超平坦Si:Ce薄膜上へのSiO_2絶縁膜の作成表面凹凸5nmの超平坦膜上に酸素雰囲気下でのRapid Thermal Annealing法(RTA)及びSputtering法によるSiO_2絶縁膜形成を試みた。RTAを用いた方法では、熱処理に伴うCeの酸化により均質な絶縁膜が形成されなかった。一方Sputtering法を用いて作成した50nmのSiO_2絶縁膜は、リーク電流が1x10^<-9>A/cm^2(15V)と比較的良好であることを確認した。また、C-V測定により外部電界によって半導体一絶縁体界面に蓄積層と反転層の形成を確認し、Si:Ceと絶縁体界面のキャリアを独立制御することができた。(2)Si:Ce MOS構造を用いた磁気輸送特性の評価上記(1)において作成された試料の異なるゲート電圧におけるHall測定を行った。P型キャリアが蓄積される-10Vのゲート電圧にて異常Hall効果を確認し、外部電界によって誘起されたキャリアによって磁気秩序が制御できることを明らかにした。また、これはSi:Ceの磁気特性にキャリア濃度・タイプが大きな役割を果たしているとも言える。

磁性，超顺磁性，自旋玻璃，巨型磁倍率和临近效应等现象已在SI掺入F-电子金属和CE的系统中得到了证实。先前的研究表明，铁磁耦合在高载体浓度下稳定，而稳健的相关性能在低载体浓度下稳定。但是，由于CE是受体，因此尚未对载体浓度依赖性进行详细研究，而且尚不清楚这些现象是由于载体的动能或通过F轨道而产生的。今年，我们创建了一个SI：CE MOS结构，并通过使用外部电场独立控制SI：CE和绝缘体界面的载体来研究磁顺序的变化。今年获得的结果将与研究实施计划一致。（1）在Ultra-Flat Si：Ce薄膜上制备SIO_2绝缘膜，我们尝试使用快速热退火（RTA）（RTA）和氧气大气下的氧气大气上的溅射方法形成SIO_2绝缘膜，其表面不稳定性为5 nm。在使用RTA的方法中，由于热处理的CE氧化，未形成均匀的绝缘膜。另一方面，可以证实使用溅射方法产生的50 nm SIO_2绝缘膜的泄漏电流相对较好，为1x10^<-9> a/cm^2（15V）。此外，通过C-V测量，使用外部电场在一个绝缘子半导体的界面上确认了积累层和反转层的形成，从而使Si：CE和绝缘体的界面处的载体独立控制。（2）使用SI：CE MOS结构大厅测量的磁运输特性进行评估，该测量是在上面（1）中制备的样品的不同栅极电压上进行的。在-10V的栅极电压下确认了异常的大厅效应，其中P型载体被积累，并且发现磁性可以由外部电场引起的载体控制。此外，可以说，载体浓度和类型在Si：Ce的磁性特性中起主要作用。