Development of novel ferromagnetic tunnel contacts for efficient Si spintronic devices

2019 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 18K13807
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 21060:Electron device and electronic equipment-related
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: Spiesser Aurelie 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究員 (90793513)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: tunnel barrier / magnetic tunnel contact / magnetoresistance ratio / epitaxial growth

Outline of Final Research Achievements

The fabrication of an epitaxial ferromagnetic (FM) tunnel contact on a Si channel is the key to developing semiconductor-based spin-transport devices such as a spin metal-oxide-semiconductor field-effect transistor. In this project, we explore the use of a novel epitaxial oxide, SrO(001), as a tunnel barrier and investigate whether coherent spin-polarized tunneling occurs through the SrO(001) tunnel barrier. We demonstrate that large magnetoresistance ratios can be achieved in epitaxial SrO-based magnetic tunnel junctions, indicating spin-polarized coherent tunneling. Since SrO has a smaller lattice mismatch with Si (5%) than that between MgO and Si (23%), this material appears as a promising epitaxial tunnel barrier for achieving high magnetoresistance ratio in Si-based lateral spin transport devices.

Free Research Field

Spintronic devices

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

半導体でのスピンの使用することにより,新しい機能を持つデバイスの開発が可能になる。
半導体におけるスピンの生成は、強磁性(FM)トンネルコンタクトからSCへの電気的スピン注入によって達成される。したがって、高スピン分極FMトンネルコンタクトの選択は、半導体において大きなスピン分極を生成するための重要なパラメータである。MgOはSiとの大きな格子不整合にもかかわらず,Si上のエピタキシャルトンネル障壁として今日までもっぱら使用されてきた。このプロジェクトでは,新しいトンネル障壁としてのSrOの利用を探求し,それが効率的なSiベースのスピン輸送デバイスを開発するための有望な材料であることを示した。