2005 Fiscal Year Annual Research Report
フェルミ準位制御によるスピン依存単一電子トンネル素子の室温動作
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17360003
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
三谷 誠司 東北大学, 金属材料研究所, 助教授 (20250813)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
薬師寺 啓 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (10361172)
嶋 敏之 東北学院大学, 工学部, 助教授 (50261508)
高梨 弘毅 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (00187981)
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| Keywords | ナノ材料 / トンネル効果 / 量子ドット / スピンエレクトロニクス / 電子デバイス・機器 / フェルミ準位 / 帯電効果 / 磁気抵抗効果 |
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| Research Abstract |
本研究では、スピン依存単一電子トンネル効果を室温で実現することを狙い、素子構造の最適化や材料特性の制御に関する研究を行う。特に、トンネルバリアとなる絶縁層の層厚や物性の精密制御(低抵抗・低キャパシタンスの実現)が鍵であり、ドーピングや欠陥準位の形成によるフェルミ準位の制御という方法に基づき、MgOを中心とする酸化物バリア層について実験を重点的に行う。
本年度は、主に成膜装置の整備、MgOバリアの特性の成膜プロセスによる依存性を調べる実験等を行った。MgOの物性は酸素欠損の量に応じて変化すると考えられるため、酸素欠損の生じやすい直線型電子線蒸着源(2次電子抑制のための偏向マグネットを有さないタイプ)による成膜や、酸素雰囲気中の成膜を試みた。直線型電子線蒸着源によって作製したMgOバリア層では、明瞭なトンネル磁気抵抗効果は観測されたが、結晶性が悪く、障壁高さは必ずしも小さくない(〜1eV)という結果を得た。酸素濃度の効果を調べる際に、結晶性の良いMgOを得ることが前提となることを示している。また、原子間力顕微鏡観察の結果、MgOの結晶性に対して、その下の層の平滑性も重要であることを実験的に明らかにした。下地層の平滑性、MgOの結晶性、トンネル磁気抵抗効果の大きさには明確な相関があり、MgOバリアの構造と物性の精密制御のための基本的な知見(要求される平坦性の数値等)を得た。
Al-Oバリアに関する研究では、バリア層の分割形成に関して系統的な実験を行った。その結果、分割形成によって、バリア層の平坦性等の構造制御が可能であることが分かった。高圧力を印加する圧力効果の実験により、Al-Oの障壁高さが内部歪みによって大きく変化し得るという知見も得た。
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