不揮発性トランジスタ開発のための半導体へのスピン偏極電子注入

自旋极化电子注入半导体以开发非易失性晶体管

基本信息

批准号：
11F01816
负责人：
齋藤秀和
金额：
$ 1.28万
依托单位：
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
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

電子のスピン自由度を利用して不揮発的に情報を記憶するスピントランジスタは、その導入によりあらゆるIT機器の消費電力の劇的な削減につながるため、世界的に熾烈な開発競争の只中にある。スピントランジスタを実現するためには、半導体中へのスピン注入技術を確立する必要がある。Geは次世代のMOS-FETのチャネル材料の有力候補とされており、スピン注入技術の確立が期待される。高効率のスピン注入のためには、高品位の強磁性体/Ge接合を可能とする材料・成長技術が必要であると考えられるため、新障壁層材料や強磁性体を用いたトンネル接合技術を開発する必要がある。今年度達成した主な成果を以下に説明する。(1)Ge基板上の磁性半導体(Ga, Mn)As単結晶膜作製技術の確立(GaMn)Asは極めて高いスピン偏極状態を有し、かつ、Geと格子定数がほぼ等しくエピタキシャル成長が期待されるため、Geへののスピン注入源として注目されるべき物質である。しかしながら、これまでスピン注入実験はおろか、Ge基板上の結晶成長すら報告はなされていなかった。本研究では分子線エピタキシー法による成長条件を最適化することにより、世界で初めてGe上の単結晶(Ga, Mn)As膜の作製に成功した。(2)障壁層フリーのスピン注入源の作製とスピン注入の実証トンネル障壁層を必要としない高品位スピン注入源の開発は、作製プロセスを簡略化できるため応上用有利である。しかしながらFe等の通常の強磁性体をGeと直接接合させると、接合界面での磁性が失われてしまうという問題があり、これまで実現は困難であった。そこで、Mn5Ge3というGeを構成要素とする強磁性体に注目しGeへの結晶成長とスピン注入に取り組んだところ、期待通りにスピン注入を実証するに至った。

使用旋转电子自由来非挥发信息的旋转晶体管以及它们的介绍将大大减少任何IT设备的功耗，从而使它们在全球范围内进行激烈的开发竞争。为了实现自旋晶体管，有必要将自旋注入技术建立到半导体中。 GE被认为是下一代MOS-FET的通道材料的有前途的候选人，预计将建立旋转注入技术。对于高效的自旋注入，可以认为具有高质量铁磁/GE连接的材料和生长技术被认为是必要的，因此有必要使用新的屏障层材料和铁磁材料来开发隧道连接。今年取得的主要成就如下所述。（1）建立用于制造磁性半导体（GA，MN）的技术，如GE底物（GAMN），其旋转极化状态非常高，并且预计将由于其晶格常数几乎等于GE而具有外在增长，因此是一种应吸引GE的旋转注入源的材料。但是，不仅没有关于自旋注射实验的报道，而且还没有在GE底物上晶体生长。在这项研究中，通过使用分子束外延法优化生长条件，我们成功地在世界上首次将单晶（GA，MN）作为GE上的膜进行了。（2）制造无屏障的自旋注射源和不需要隧道屏障层的高质量自旋注入源的自旋注入开发的演示，因为它们可以简化制造过程。但是，当FE等正常的铁磁材料直接粘合到GE时，接口接口处的磁性丢失了，到目前为止，这很难意识到这一点。因此，我们专注于由GE制成的铁磁材料（称为MN5GE3），并致力于晶体生长和自旋注射到GE中，我们能够按预期证明自旋注射。

项目成果

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专利数量（0）

Epitaxial growth of ferromagnetic semiconductor GaMnAs film on Ge (001)

Ge（001）上外延生长铁磁半导体GaMnAs薄膜

DOI：
发表时间：
2013
期刊：
Thin Solid Films
影响因子：
2.1
作者：
A. Spiesser;Y. Sato;H. Saito;S. Yuasa and K. Ando
通讯作者：
S. Yuasa and K. Ando

Effective creation of spin poralzation in p-type Ge from a Fe/GeO2 tunnel contacts

从 Fe/GeO2 隧道接触有效产生 p 型 Ge 自旋极化

DOI：
10.7567/jjap.52.04cm01
发表时间：
2013
期刊：
Japanese Journal of Applied Physics
影响因子：
1.5
作者：
A. Spiesser;S. Watanabe;H. Saito;S. Yuasa;K. Ando
通讯作者：
K. Ando

Voltage tuning of thermal spin current in ferromagnetic tunnel contacts to semiconductors

DOI：
10.1038/nmat3869
发表时间：
2014-04-01
期刊：
NATURE MATERIALS
影响因子：
41.2
作者：
Jeon, Kun-Rok;Min, Byoung-Chul;Jansen, Ron
通讯作者：
Jansen, Ron

Spin accumulation and spin lifetime in p-type germanium at room temperature

室温下 p 型锗的自旋积累和自旋寿命

DOI：
10.1143/apex.5.053004
发表时间：
2012
期刊：
Applied Physics Express
影响因子：
2.3
作者：
S. Iba;H. Saito;A. Spiesser;S. Watanabe;R. Jansen;S;Yuasa;K. Ando
通讯作者：
K. Ando

Electrical spin injection in p-type Si using Fe/MgO contacts

使用 Fe/MgO 接触在 p 型 Si 中进行电自旋注入

DOI：
10.1117/12.930839
发表时间：
2012
期刊：
Proceedings of SPIE
影响因子：
0
作者：
A. Spiesser;S. Sharma;H. Saito;R. Jansen;S. Yuasa;K. Ando
通讯作者：
K. Ando

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齋藤秀和其他文献

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DOI：
发表时间：
2008
期刊：
影响因子：
0
作者：
齋藤秀和;山本明日香;湯浅新治;安藤功兒
通讯作者：
安藤功兒

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DOI：
发表时间：
2006
期刊：
Astrophysical Journal 645
影响因子：
0
作者：
小林正起;石田行章;黄鐘日;宋敬錫;藤森淳;竹田幸治;寺井恒太;藤森伸一;岡根哲夫;斎藤祐児;山上浩志;小林啓介;C.-S.Yang;L.Lee;H.-J.Lin;D.-J.Huang;C.T.Chen;田中新;齋藤秀和;安藤功兒;冨永望;青木和光;穿沢貴也;冨永望;前田啓一;本原顕太郎;小林千晶;P.A.Mazzali;P.A.Mazzali
通讯作者：
P.A.Mazzali