2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a germanium spin MOSFET
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19H05616
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
浜屋 宏平 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (90401281)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
澤野 憲太郎 東京都市大学, 理工学部, 教授 (90409376)
山本 圭介 九州大学, 総合理工学研究院, 助教 (20706387)
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| Project Period (FY) |
2019-06-26 – 2024-03-31
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| Keywords | 半導体スピントロニクス / ゲルマニウム / トランジスタ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，代表者が有する次世代半導体ゲルマニウム(Ge)に対する高性能かつ低接合抵抗のスピン注入・検出電極技術を高度化し，分担者の独自開発する高性能電界効果トランジスタ(MOSFET)技術と融合することで，シリコン(Si)プラットフォーム上で室温・低電圧動作するGeスピンMOSFETを世界に先駆けて実証することを目的とする．
令和元年度は、まず、代表者グループと分担者グループの共同研究により、世界初となる「半導体スピン伝導素子における歪み印加の効果」を明らかにすることができた。具体的には、これまで課題となっていたGe中のスピン緩和機構(バレー間スピン散乱)の改善にアプローチしたもので、分担者グループが作製するSi基板上の歪みSi0.1Ge0.9をスピン伝導チャネルとし、代表者グループの強磁性ホイスラー合金をスピン注入源とするスピン伝導素子を作製することで、不純物誘起のバレー間スピン散乱機構を抑制することに成功し、低温ではあるが、これまでと比較して100倍のスピン信号取得と3倍のスピン寿命を達成する成果を得た。このことは、今後のゲルマニウムスピンMOSFETを実証する上で、スピン伝導チャネル構造に関する非常に重要な設計指針となる。また、分担者グループは、上記の歪み量をさらに増大させるための新手法を開発し始めており、既にそれらを用いて新しいスピン伝導素子の作製に取り掛かり始めている。今後は室温以上での性能向上が十分期待される。また、分担者グループは、スピンMOSFET用のゲート酸化膜作製プロセス確立に向けて，反応性イオンエッチング装置を導入し，低ダメージのMOS界面を低温で形成する条件探索を順調に進めている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
上記の通り、世界初となる「半導体スピン伝導素子における歪み印加の効果」を明らかにすることができ、その結果は、米国物理学誌「Physical Review Applied」に掲載されることが決定した。さらに、関連の独自技術に関する多数の論文の出版も決定している。これに加えて、ごく最近、半導体へのスピン注入に関する新手法を開発し、それが従来素子の100倍の室温スピン信号を実現する成果も得られつつあり、現在論文を投稿中である。以上の理由から、当初の計画以上に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度は、昨年度開発された歪みSi0.1Ge0.9を用いたスピン緩和抑制チャネルを用いて、代表者グループによって現在検討が進んでいる新型スピン注入電極構造を融合した独自のスピン伝導素子の作製・評価を進める。また、分担者グループが実現しているSi0.2Ge0.8伝導チャネルの評価を進め、スピン伝導チャネルに適応可能な技術へと高度化する。さらに，既に導入された反応性イオンエッチング装置を活用し，低ダメージのMOS界面を低温で形成する技術の開発を強力に進める。
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[Presentation] ホイスラー合金CoFeVSiにおける正の線形磁気抵抗効果の起源2019
Author(s)
山田晋也, 小林慎也, 真砂啓, L. S. R. Kumara, 田尻寛男, 福島鉄也, 阿保智, 桜庭裕弥, 宝野和博, 小口多美夫, 浜屋宏平
Organizer
第43回日本磁気学会学術講演会, 京都大学 吉田キャンパス
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[Presentation] Conduction Type Control of Ge-on-Insulator: Combination of Smart-Cut and Defect Elimination2019
Author(s)
K. Yamamoto, K. Nakae, H. Akamine, D. Wang, H. Nakashima, Md. M Alam, K. Sawano, Z. Xue, M. Zhang, Z. Di
Organizer
2nd Joint ISTDM / ICSI 2019 Conference, Madison, WI, USA
Int'l Joint Research
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