ＦｅベースＩＩＩ－Ｖ族強磁性半導体によるスピントロニクス材料とデバイスの研究

Fe基III-V铁磁半导体自旋电子材料与器件研究

• 批准号: 15F15362
• 负责人: 田中 雅明
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-11-09 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15F15362/
• 关键词: スピン; 強磁性半導体; 狭ギャップ半導体; (In,Fe)As; (Ga1-x,Fex)Sb; (In1-x,Fex)Sb; キュリー温度; 狭ギャップ強磁性半導体; スピントロニクス; (Ga,Fe)Sb; 強磁性転移温度; ヘテロ構造

前年度に続き、次世代電子材料として期待される新しい強磁性半導体とデバイス応用の研究を行った。強磁性半導体とは、非磁性半導体に磁性元素を添加した混晶半導体であり、半導体と磁性体の両方の性質を持つため、固体物理学・材料科学上の科学的課題を豊富に与えるとともに次世代スピントロニクス・デバイスを担う材料として期待されている。このような強磁性半導体を含むヘテロ構造およびヘテロ構造の物質設計と作製を行った。1) ｎ型強磁性半導体(In,Fe)Sbを作製し、この材料ではTCが335 Kに達し、室温での異常ホール効果が大きく現在最も感度の良いInSbの正常ホール効果によるセンサーよりも感度が良いセンサーデバイスが作製可能であることを示した。2) ｎ型強磁性半導体(In,Fe)Sbをチャネルとする電界効果トランジスタを作製し、ゲート電界によって電子濃度を変調し、キュリー温度を変調できることを示した。これにより、電子誘起強磁性半導体であることを示した。ただし、電子濃度に依存しない強磁性秩序の寄与もありこれが近接Fe原子間の強磁性的超交換相互作用である可能性を示した。3) 本研究によって、ｎ型とｐ型の両方で室温以上のTCをもつIII-V族強磁性半導体を作製できることを示した。強磁性発現機構として、Fe d-準位とホストIII-V族半導体の価電子帯端あるいは伝導帯端が近い時に強磁性が発現しやすくTcも上がるという、共鳴バンドモデルがよく当てはまることを示した。これによって半導体における強磁性発現機構の統一的理解に大きく貢献した。

继去年之后，我们对有望成为下一代电子材料的新型铁磁半导体和器件应用进行了研究。铁磁半导体是在非磁性半导体中添加磁性元素制成的混晶半导体，由于它同时具有半导体和磁性材料的特性，因此在固态物理和材料方面提出了丰富的科学挑战科学，以及以下内容：它有望成为一种在下一代自旋电子器件中发挥作用的材料。我们设计并制造了异质结构和包含此类铁磁半导体的异质结构。 1）制作了n型铁磁半导体（In,Fe）Sb，其TC为335 K，在室温下具有较大的异常霍尔效应，使其比目前最灵敏的InSb正常霍尔效应传感器更加灵敏。事实证明，可以制造出良好的传感器设备。 2)我们制作了一种以n型铁磁半导体(In,Fe)Sb为沟道的场效应晶体管，并表明可以通过利用栅极电场调节电子浓度来调节居里温度。这表明它是一种电子感应铁磁半导体。然而，铁磁有序也有一个不依赖于电子浓度的贡献，表明这可能是相邻 Fe 原子之间的铁磁超交换相互作用。 3）通过这项研究，我们表明可以制造n型和p型TCs高于室温的III-V族铁磁半导体。对于铁磁性的机制，我们表明了共振带模型，其中当Fe d能级与主体III-V族半导体的价带边缘或导带边缘接近时，更容易发生铁磁性并且Tc增加，很适合。这极大地促进了对半导体铁磁性机制的统一理解。

项目成果

Spin-dependent thermoelectric effects in (In,Fe)Sb ferromagnetic semiconductor

(In,Fe)Sb 铁磁半导体中的自旋相关热电效应

• 发表时间: 2018
• 作者: Bui Cong Tinh; Christina Garcia; Nguyen Thanh Tu; Masaaki Tanaka; Pham Nam Hai
• 通讯作者: Pham Nam Hai

Fe-doped ferromagnetic semiconductors for high-performance semiconductor spin devices

用于高性能半导体自旋器件的铁掺杂铁磁半导体

• 发表时间: 2017
• 作者: Pham Nam Hai; Tomohiro Ostuka; Munehiko Yoshida; Nguyen Thanh Tu; Le Duc Anh;Masaaki Tanaka
• 通讯作者: Masaaki Tanaka

Epitaxial Ferromagnetic Semiconductor Heterostructures: Control of Ferromagnetism by Wavefunction Engineering

外延铁磁半导体异质结构：通过波函数工程控制铁磁性

• 发表时间: 2016
• 作者: Masaaki Tanaka (invited)

XMCDによるFeドープ強磁性半導体の磁化過程の研究

XMCD研究铁掺杂铁磁半导体的磁化过程

• 发表时间: 2018
• 作者: 坂本祥哉;Le Duc Anh;Nguyen Thanh Tu;Pham Nam Hai;竹田幸治;小林正起;中根了昌;芝田悟朗;若林勇希;高橋文雄;野中洋亮;池田啓祐;池震棟;万宇軒;鈴木雅弘;斎藤祐児;山上浩志;小出常晴;田中雅明;藤森淳
• 通讯作者: 藤森淳

High-temperature ferromagnetism in n-type and p-type Fe-doped ferromagnetic semiconductors

n型和p型铁掺杂铁磁半导体中的高温铁磁性

• 发表时间: 2017
• 作者: Nguyen Thanh Tu; Pham Nam Hai; Le Duc Anh;Masaaki Tanaka
• 通讯作者: Masaaki Tanaka