1997 Fiscal Year Annual Research Report
半導体基板上におけるユピタキシャル強磁性体超薄膜の形成とその応用
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07555412
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
田中 雅明 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (30192636)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
広野 滋 日本電信電話会社, 境界領域研究所, 主任研究員
EASOL Gerhar ユーロテクノロジー, 主任研究員
西永 頌 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (10023128)
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| Keywords | MnAs / 分子線エピタキシ- / 強磁性体半導体多層構造 / GaAs / 不揮発性メモリ / スピンバルブ / (111)基板 / エピキシシャル成長 |
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| Research Abstract |
強磁性金属間化合物MnAsに着目し、半導体基板上にエピタキシャル単結晶強磁性薄膜を形成し、その構造・電気的・磁気的性質を最適化することにより、半導体エレクトロニクス回路と融合可能なオンチップ不揮発性メモリ実現のための材料開発を行うことを主目的として以下の研究を行った。平成9年度は、強磁性体薄膜MnAsと化合物半導体GaAsから成る多層構造(3層構造)の分子線エピタキシ-(MBE)を用いたエピタキシシャル成長と物性機能の探索に重点をおいて以下の研究を行った。
(1)強磁性体(MnAs)/半導体(GaAs)多層構造のエピタキシャル成長:GaAsやSi半導体基板の方位を従来の(001)に加えて(111)方位を使用することにより、MnAs(0001)面のエピタキシャル成長薄膜を得た。この強磁性薄膜は、その構造対称性を反映して面内で磁気異方性がないことがわかった。さらにスピンとキャリア電荷の両方を利用したより高度な機能の実現を目指すため、これら(111)半導体基板上にMnAs/GaAs/MnAs/GaAs、及びMnAs/GaAs/MnAsから成る多層構造のMBE成長を行い、原子レベルで急峻な界面をもつ多層構造が形成されていることを、高分解能の電子顕微鏡観察で確かめた。
(2)半導体/磁性体多層構造の物性機能:多層構造中のMnAsは良好な磁気特性を示し、その飽和磁化は600emu/cm3と、バルクMnAsで報告されている値に劣らないことを示した。また、成長条件を制御することにより、磁気特性のヒステリシスにダブルステップが現れた。これは上下のMnAs層で保持力が異なるためである。半導体/磁性体から成るエピタキシャル多層構造は、スピンバルブ効果、磁気抵抗効果などを用いたセンサやメモリなどの磁気デバイス機能と半導体機能を融合させるために、有望な新しい材料であることを示した。
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Research Products
(6 results)
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[Publications] K.Saito, M.Tanaka, M.Hamamura, and T.Nishinaga: ""Epitaxial Growth and Properties of MnAs/GaAs/MnAs Trilayers on GaAs (111) B and Si (111) Substrates" Record of the 16th Electronic Materials Symposium". 16. 53-56 (1997)
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[Publications] 田中雅明: "「半導体と磁性体の一体化による新機能ヘテロ構造材料の形成」" 機能材料. 1997年7月号. 5-12 (1997)
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[Publications] M.Tanaka: ""Epitaxial Ferromagnetic Thin Films and Heterostructures of Mn-Based Metallic and Semiconducting Compounds on GaAs"" 電気学会マグネティクス研究会資料. MAG97-189. 31-38 (1997)
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[Publications] 田中雅明: "「半導体と不揮発性磁気メモリのハイブリッド化」" オプトロニクス. 1998年3月号(No.3). 123-128 (1998)
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[Publications] Masaaki Tanaka: ""Epitaxial Ferromagnetic Thin Films and Heterostructures of Mn-based Metallic and Semiconducting Compounds on GaAs"" J.Physics (Physica B). (印刷中). (1998)
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[Publications] M.Tanaka: ""Magnetic compound/Compound Semi conductor Heterostructures"" J.Vac.Sci.& Technol.(印刷中). (1998)
