走査型カー回転分光によるシリコン中の空間電荷効果の検出

通过扫描克尔旋转光谱检测硅中的空间电荷效应

基本信息

批准号：
11F01358
负责人：
白石誠司
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2013
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は、走査型カー回転分光とスピン注入を用いてシリコン中の空間電荷効果(電子密度・電場の不均一性)を検出し、シリコンで空間電荷によって誘起される大きな磁気抵抗効果のメカニズムを明らかにすることにある。平成23年度(1年目)の計画の引き続きでシリコンデバイスの作製を行いつつ、空間電荷効果と磁気抵抗効果の評価を行い、実験を確立する。そして、今年度(2年目)から三端子のシリコンデバイスを作製し、シリコンデバイスへのスピン注入と検出の実験を行う予定だったが、p型シリコンで低磁場において大きな磁気抵抗効果が発現することを発見したため、この新発見の起源とメカニズムを明らかにするために今年度の実験を進めてきた。p型シリコンは、高抵抗でキャリア密度が約2×10^<12>cm^<-3>)であり、インジウム電極とオーミックコンタクトを作製して高電圧を印加すると、p型シリコンに電子注入が可能になる。その伝導領域は空間電効果が支配的であり、磁気抵抗効果を測定すると、低磁場(250millitesla以下)でもp型シリコンは磁気抵抗が約80%にもなり、しかも磁場の変化に対して磁気抵抗がリニアに変化することがわかった。その大きな磁気抵抗効果は、メカニズムが磁場による電子・ホールキャリア密度比制御であり、p型シリコン中に注入した電子の拡散は磁場の印加によって抑制されるとわかった。このメカニズムはこの研究で初めて明らかになった[1]。さらに、この磁気抵抗かは、スピンデバイスの巨大磁気抵抗効果(GMR)と匹敵する大きさで、低磁場センサーへの応用に期待を集めている。

本研究的目的是利用扫描克尔旋转光谱和自旋注入检测硅中的空间电荷效应（电子密度/电场不均匀性），并研究硅中空间电荷诱发的大磁阻效应。一是要明确机制。作为2011年（第一年）计划的延续，我们将制造硅器件，评估空间电荷效应和磁阻效应，并建立实验。从本财年（第二年）开始，我们计划制作三端硅器件，并对硅器件进行自旋注入和检测实验，但结果发现p型硅在低磁力下表现出很大的磁阻效应。因此，我们今年一直在进行实验来阐明这一新发现的起源和机制。 P型硅具有高电阻，载流子密度约为2×10^<12>cm^<-3>)，当与铟电极进行欧姆接触并施加高电压时，电子被注入变成p型硅成为可能。传导区域以空间电效应为主，在测量磁阻效应时，即使在低磁场（小于250毫特斯拉）下，p型硅的磁阻也呈线性变化。这种大磁阻效应背后的机制是通过磁场控制电子/空穴载流子密度比，并且通过施加磁场来抑制注入到p型硅中的电子的扩散。本研究首次揭示了这一机制[1]。此外，这种磁阻的大小与自旋器件的巨磁阻效应（GMR）相当，提高了人们对其在低场传感器中的应用的期望。