界面スピン軌道相互作用による室温動作新奇スピントランジスタの実現

• Project/Area Number: 17H06512
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Applied materials
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 輕部 修太郎 東北大学, 工学研究科, 助教 (30802657)
• Project Period (FY): 2017-08-25 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000); Fiscal Year 2017: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: スピントロニクス / 界面スピン軌道相互作用 / スピントランジスタ

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題「界面スピン軌道相互作用による室温動作新奇スピントランジスタの実現」において、平成29年度では研究の中核を担う酸化ガドリニウム（GdOx）のゲート絶縁層を用いて可逆的に銅（Cu）表面を酸化出来るかどうかに着目して研究を行ってきた。申請書類で述べたように、Cu表面を酸化する事でスピン軌道相互作用を変化させられる事が既に分かっているので、それを外部から電界効果で変調し、スピントランジスタの実現を目標としている。
GdOxの成膜には、Gdターゲットを用い、超高真空チャンバー内にアルゴン（Ar）及び酸素（O2）を導入しながら、反応性スパッタで成膜を行った。Ar流量に対し、微量のO2を導入し、成膜を行った結果、O2流量に対して系統的な抵抗の変化が観測された。Gd自体は金属であるため、抵抗はかなり低いが、O2流量を増やしていく事で、GdOxが形成され、Arに対して30 %のO2を導入する事で、非常に絶縁性の良い膜の作製に成功した。
続いて本GdOx膜が電界印加をした際に、酸素イオン伝導体としての機能を発現するかの検証を行った。実験ではCu(5nm)/GdOx(30nm)/AlOx(20nm)/Ti(5nm)/Au(100nm)の多層膜細線に対してゲート構造を作製し、Cu抵抗が電界で変調されるかの確認を行った。より絶縁性を担保するために、GdOx上に更にALDと呼ばれる原子層成膜装置で絶縁性の良い酸化アルミニウムAlOxの成膜を行った。ここでCuは抵抗率が低く、電子の平均自由行程が20 nm程度となるので、膜厚5 nm程度であればCu/CuOx界面の電子散乱が影響し抵抗に変化が生じるはずである。現在このような検証を行う素子の作製には成功しているが、ゲート電圧に対する抵抗の変化は確認出来ておらず、GdOxの成膜条件をもう少し最適化する事が課題となっている。
本年度実績は以上である。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。