1998 Fiscal Year Annual Research Report

シリコン系スピン制御半導体の創成と光磁気特性の研究

Research Project

Project/Area Number	10138204
Research Institution	University of Tsukuba
Principal Investigator	末益崇筑波大学, 物質工学系, 講師 (40282339)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	長谷川文夫筑波大学, 物質工学系, 教授 (70143170)
Keywords	鉄シリサイド / 希薄磁性半導体 / 磁気輸送特性 / 異常ホール効果 / シリコン / SQUID / オーミックコンタクト / Mn
Research Abstract	半導体へ磁性を融合する試みとして、Si(001)基板上へのエビタキシャル成長が可能であり、磁性元素であるFeを含むβ-FeSi_2の磁気特性に関する研究を行った。470℃に熱したSi(001)基板にFeを蒸着するReactive Deposition Epitaxy(RDE)法で作製したβ-FeSi_2単結晶膜(200nm)の磁気輸送特性の測定から、Feスピンによるキャリアの散乱効果と考えられる、異常ホール効果や負の磁気抵抗効果が現れ、さらに、β-FeSi_2は低温で強磁性となる可能性が示された。また、アロットプロットから見積もった強磁性相転移温度は、約15Kであった。ただ、SQUID測定での残留磁化から求めた4.2KにおけるFe原子当たりの磁気モーメントは、0.05μ_Rと非常に小さいため、強磁性の性質がβ-FeSi_2の元々の物性とは考え難く、欠陥などが原因となって強磁性となっている可能性が大きい。次に、磁性不純物の添加により、磁性スピンとキャリアの相互作用が大きくなることを期待して、磁性不純物であるMnの添加を試みた。Mnの添加は、Fe蒸着時にKセルから同時に蒸着し、その添加量はFeとMnの蒸着速度の比で制御した。まず、470℃でFeとMnを同時に蒸着し、膜厚20nmのMn添加β-FeSi_2膜を成長する。その後、UHV中850℃で30分のアニールにより島状に凝集させ、これらをテンプレートとして再びFeとMnを蒸着して膜厚200nmのMn添加β-FeSi_2膜(Mn添加量:0.45%,2%,4%)を成長した。結晶性はノンドープ試料と同程度でSi(001)基板にエビタキシャル成長していた。Mnの添加量の増加にともない、β-FeSi_2のa軸の長さが減少することがX線回折より、また、吸収特性から禁制帯幅は小さくなることが分かった。輸送特性からは、ホッピング伝導が低温での伝導を支配し、局在準位によるキャリアの局在長は、Mn添加によって短くなることが分かった。今後、ホール測定を行い、キャリア密度や異常ホール効果の有無を調べる予定である。

Research Products

(5 results)

All Other

All Publications (5 results)

[Publications] 末益崇: "Aggregation of Monocrystalline β-FeSi_2 by Annealing and by Si Overlayer Growth" Japanese Journal of Applied Physics. 36巻・9AB. L1225-L1228 (1997)
[Publications] 末益崇: "Magnetotransport Properties of a Single-Crystalline β-FeSi_2 Layer Grown on Si(001)Substrate by Reactive Deposition Epitaxy" Japanese Journal of Applied Physics. 37巻・3B. L333-L335 (1998)
[Publications] 末益崇: "RDE法によるSi/β-FeSi_2/Si(001)構造の作製" 日本結晶成長学会誌. 25巻・1. 46-54 (1998)
[Publications] 末益崇: "Photoluminescence from Reactive Deposition Epitaxy(RDE)Grown β-FeSi_2 Balls Embedded in Si Crystals" Japanese Journal of Applied Physics. 37巻・12B. L1513-L1516 (1998)
[Publications] 末益崇: "Fabrication of p-Si/β-FeSi_2 Balls/n-Si Structures by MBE and their Electrical and Optical Properties" Journal of Luminescence. (1999)

1998 Fiscal Year Annual Research Report

シリコン系スピン制御半導体の創成と光磁気特性の研究

Principal Investigator

末益 崇 筑波大学, 物質工学系, 講師 (40282339)

Research Products

[Publications] 末益 崇: "Aggregation of Monocrystalline β-FeSi_2 by Annealing and by Si Overlayer Growth" Japanese Journal of Applied Physics. 36巻・9AB. L1225-L1228 (1997)

[Publications] 末益 崇: "Magnetotransport Properties of a Single-Crystalline β-FeSi_2 Layer Grown on Si(001)Substrate by Reactive Deposition Epitaxy" Japanese Journal of Applied Physics. 37巻・3B. L333-L335 (1998)

[Publications] 末益 崇: "RDE法によるSi/β-FeSi_2/Si(001)構造の作製" 日本結晶成長学会誌. 25巻・1. 46-54 (1998)

[Publications] 末益 崇: "Photoluminescence from Reactive Deposition Epitaxy(RDE)Grown β-FeSi_2 Balls Embedded in Si Crystals" Japanese Journal of Applied Physics. 37巻・12B. L1513-L1516 (1998)

[Publications] 末益 崇: "Fabrication of p-Si/β-FeSi_2 Balls/n-Si Structures by MBE and their Electrical and Optical Properties" Journal of Luminescence. (1999)

末益崇筑波大学, 物質工学系, 講師 (40282339)

[Publications] 末益崇: "Aggregation of Monocrystalline β-FeSi_2 by Annealing and by Si Overlayer Growth" Japanese Journal of Applied Physics. 36巻・9AB. L1225-L1228 (1997)

[Publications] 末益崇: "Magnetotransport Properties of a Single-Crystalline β-FeSi_2 Layer Grown on Si(001)Substrate by Reactive Deposition Epitaxy" Japanese Journal of Applied Physics. 37巻・3B. L333-L335 (1998)

[Publications] 末益崇: "RDE法によるSi/β-FeSi_2/Si(001)構造の作製" 日本結晶成長学会誌. 25巻・1. 46-54 (1998)

[Publications] 末益崇: "Photoluminescence from Reactive Deposition Epitaxy(RDE)Grown β-FeSi_2 Balls Embedded in Si Crystals" Japanese Journal of Applied Physics. 37巻・12B. L1513-L1516 (1998)

[Publications] 末益崇: "Fabrication of p-Si/β-FeSi_2 Balls/n-Si Structures by MBE and their Electrical and Optical Properties" Journal of Luminescence. (1999)