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シリコン結晶スピントロニクスのためのドーピング工学

Research Project

Project/Area Number 12J01355
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Applied materials science/Crystal engineering
Research InstitutionUniversity of Tsukuba

Principal Investigator

村田 晃一  筑波大学, 数理物質系, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2012 – 2013
Project Status Completed (Fiscal Year 2013)
Budget Amount *help
¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000)
Fiscal Year 2013: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2012: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywordsシリコン / エピタキシャル成長 / ドーピング / X線吸収微細構造法
Research Abstract

本研究は、より複雑な計算を高速処理する情報処理装置の実現を目指し、Si結晶スピントロニクスデバイスで利用が要求されている重元素や遷移金属元素のドーピング層を実現するために、特異な表面ナノ構造をドーパント源として利用するドーピング法の開発が目的である。
これまでに、Si (001)上に形成するBi原子細線をドーパント源としてSi結晶中に埋め込み、高温アニールを施すことでBi元素をSi結晶格子位置に置換させる、二段階からなるプロセスにより、重元素Biの高濃度δドーピング層を実現している。本年度の研究では、X線吸収微細構造法を用いて、埋め込まれたBi原子細線中のBi原子周辺の局所構造評価から、Bi・Si結合距離の決定に成功し、ドーパント源の初期構造を明らかとした。Si (001)上のBi・Si結合距離が2.8Åであることに対し、Si結晶中では2.63±0.02Åであり、Bi原子細線上にSi原子が堆積された際に、構造緩和が起こることを明らかとした。
また、清浄なSi (001)表面上に形成するMn1次元鎖構造をドーパント源とした、磁性不純物元素Mnのドーピング法の開発を行った。構造評価から、シリサイド形成を抑制してSi結晶中にMn原子が埋め込まれ、急峻なδドーピング層を形成していることを明らかとした。さらに、高磁場中のキャリア輸送特性評価より、試料はp型半導体の特性を示すとともに特定の温度領域にて異常ホール効果と負の磁気抵抗効果を観測し、希薄磁性半導体として機能する可能性を示すことに成功した。
以上の結果は、表面ナノ構造のドーパント源としての積極的な利用が、Si結晶スピントロニクスに必要とされるドーピング層実現に有効であることを示している。

Strategy for Future Research Activity

(抄録なし)

Report

(2 results)
  • 2013 Annual Research Report
  • 2012 Annual Research Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2014 2013 2012

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (11 results)

  • [Journal Article] Characterization of highly concentrated Bi donors wire-σ-doped in Si2012

    • Author(s)
      Koichi Murata, P'eter Lajos Neumann, Tamotsu Koyano, Yuhsuke Yasutake, Kohichi Nittoh, Kunihiro Sakamoto, Susumu Fukatsu, and Kazushi Miki.
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 51 Issue: 11S Pages: 11PE05-11PE05

    • DOI

      10.1143/jjap.51.11pe05

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] EXAFS法によるSi結晶中のBiδドーピング層形成過程の研究3 : 埋め込みBi原子細線構造2014

    • Author(s)
      村田晃一, 新田清文, 宇留賀朋哉, 寺田靖子, 矢代航, 日塔光一, 坂田修身, 三木一司
    • Organizer
      第61回 応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      青山学院大学・東京
    • Year and Date
      2014-03-19
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Si結晶中へのMnδドーピング : キャリア輸送特性評価2014

    • Author(s)
      村田晃一, 坪松悟史, 金澤孝, 古谷野有, 日塔光一, 三木一司
    • Organizer
      第61回 応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      青山学院大学・東京
    • Year and Date
      2014-03-18
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] EXAFS study on local structures around Bi atoms in Bi wire-δ-doped Sicrystal2013

    • Author(s)
      K. Murata, K. Nitta, Y. Terada, T. Uruga, K. Nittoh, O. Sakata, and K. Mikil
    • Organizer
      The 12th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures (ACSIN-12) in conjunction with the 21^<st>et International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM21)
    • Place of Presentation
      Tsukuba International Congress Center (EPOCHAL TSUKUBA)
    • Year and Date
      2013-11-06
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] EXAFS法によるSi結晶中のMnドーピング層形成過程の研究-シリサイド化の検出-2013

    • Author(s)
      三木一司, 村田晃一, 新田清文, 宇留賀朋哉, 寺田靖子, 日塔光一, 坂田修身
    • Organizer
      第74回 応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      同志社大学・京都市
    • Year and Date
      2013-09-18
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Mn doping in Si2013

    • Author(s)
      T. Kanazawa, K. Murata, S. Tsubomatsu, and K. Miki
    • Organizer
      TICMS & IWP Joint Workshop on Conjugated Polymers
    • Place of Presentation
      筑波大学・つくば市
    • Year and Date
      2013-09-06
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 高濃度G-center導入Siの蛍光の動的挙動2013

    • Author(s)
      大村史倫, 村田晃一, 安武裕輔, 三木一司, 深津晋
    • Organizer
      第60回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      神奈川工科大学
    • Year and Date
      2013-03-29
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Bi原子細線構造を利用したSi中へのMnドーピング2013

    • Author(s)
      坪松悟史, 村田晃一, 古谷野有, 日塔光一, 三木一司
    • Organizer
      第60回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      神奈川工科大学
    • Year and Date
      2013-03-27
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Bi wire- δ -doping on Si (211) for XSTM observation2012

    • Author(s)
      K.Murata, Y. Yasutake, K. Nitto h. K. Sakamoto, S. Fukatsu, and K.Miki
    • Organizer
      The 17th International Conference on Molecular Beam Epitaxy (MBE2012)
    • Place of Presentation
      奈良県新公会堂
    • Year and Date
      2012-09-27
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] EXAFS法によるSi結晶中のBiδ ドーピング層形成過程の研究2 : 埋め込みBi原子細線構造中のBi-Si隣接局所構造2012

    • Author(s)
      村田晃一, 安武裕輔, 日塔光一, 坂本邦博, 深津晋, 三木一司
    • Organizer
      第73回応用物理学会学術講会
    • Place of Presentation
      松山大学
    • Year and Date
      2012-09-13
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Si (211)基板上へのBi ドーピング層成長2012

    • Author(s)
      村田晃一, 安武裕輔, 日塔光一, 坂本邦博, 深津晋, 三木一司
    • Organizer
      第73回応用物理学会学術講会
    • Place of Presentation
      愛媛大学
    • Year and Date
      2012-09-11
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Si結晶中のBi & Er重畳 δドーピング層のハイブリッドレーザアニール活性化22012

    • Author(s)
      村田晃一, 安武裕輔, 日塔光一, 坂本邦博, 深津晋, 三木一司
    • Organizer
      第73回応用物理学会学術講会
    • Place of Presentation
      愛媛大学
    • Year and Date
      2012-09-11
    • Related Report
      2012 Annual Research Report

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Published: 2013-04-25   Modified: 2024-03-26  

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