室温動作スピントランジスタの創製に向けたスピン検出効率の極大化

最大限度地提高自旋检测效率以创建室温自旋晶体管

基本信息

批准号：
11J01905
负责人：
笠原健司
金额：
$ 0.83万
依托单位：
Kyushu 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 2012
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は,次世代トランジスタとして期待されている超低消費電カスピンMOSFETの創製を目標としている.このスピンMOSFETを実現するためには、まず強磁性金属のスピン注入電極からSiGe中にスピンを注入し,そしてSiGe中を伝導してきたスピンをスピン検出電極にて検出をする必要が有る.本年度,申請者は,高いスピン注入及び検出性能が期待される強磁性シリサイドFe,Siを用いた高品質Fe3Si/SiGe(111)界面に,δ-ドーピングと呼ばれるドーピング手法を用いて界面の電気伝導特性をチューニングすることにより,スピン注入に適切なショットキートンネル伝導を実現することに成功し,この界面を用いることにより強磁性金属/SiGe直接接合では世界で初めてSiGe中におけるスピン伝導の検出を観測することに成功した.これまで,SiGe中におけるスピン伝導の検出は,強磁性金属/極薄絶縁体/SiGe構造を用いて実現されたものばかりであったが,この強磁性金属/極薄絶縁体/SiGe構造ではスピンMOSFET作製時に極薄絶縁膜がデバイスの抵抗を増大させるため,物理的な議論をする上では非常に役に立っているものの,実用面では不向きであった.一方,申請者の強磁性金属/SiGe直接接合構造は,強磁性体とSiGeの間に極薄絶縁体を挟まないため低抵抗化が可能であり,非常に低消費電力なデバイスの創製が期待できる.今回,本研究により強磁性金属/SiGe直接接合構造においても,SiGe中のスピン伝導を検出できたことにより,スピンMOSFETを実現する上で最も鍵となる技術が実現されたと言っても過言ではなく,この成果はスピンMOSFETを加速させる非常に重要で且つ半導体工学上,非常に意義の大きい成果であると言える.

这项研究的目标是创造一种超低功耗caspin MOSFET，有望成为下一代晶体管。为了实现这种自旋MOSFET，首先将自旋从铁磁金属自旋注入电极注入SiGe，然后，有必要使用自旋检测电极来检测在 SiGe 中进行的自旋。通过使用称为δ掺杂的掺杂方法调整高质量Fe3Si/SiGe(111)界面的电导率，我们成功地实现了适合自旋注入的肖特基隧道传导。通过使用该界面，我们成功地检测了自旋传导。世界上首次在 SiGe 中使用铁磁金属/SiGe 直接结。大多数电导率的检测是使用铁磁金属/超薄绝缘体/SiGe结构实现的，但在这种铁磁金属/超薄绝缘体/SiGe结构中，在自旋MOSFET制造过程中需要超薄绝缘膜。装置的电阻虽然它对于物理讨论非常有用，但并不适合实际使用。另一方面，申请人的铁磁金属/SiGe直接键合结构具有不挤压超薄绝缘体的优点。因此，可以降低电阻，并且我们可以期望创建具有极低功耗的器件。在这项研究中，即使在铁磁金属/SiGe直接结结构中，我们也能够检测到SiGe中的自旋传导。夸张地说，实现自旋MOSFET最关键的技术已经实现，这一成果对于加速自旋MOSFET来说极其重要，在半导体工程方面具有重要意义。