単一Ｗ原子を磁性ドーパントとする単結晶Siスピングラスの創出と磁気特性の解明

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20H02560
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 岡田 直也 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, 主任研究員 (10717234)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 内田 紀行 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, 研究グループ長 (60400636)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: シリサイド / 磁性 / スピン / 遷移金属内包シリコンクラスター / 磁性半導体 / 遷移金属

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、WSin膜の組成比nを、これまでの6－12（W原子濃度：~1022 /cm3）の制御範囲から、~6－105（W原子濃度：~1017－1022 /cm3）へと大幅にSiリッチ化して、磁性ドーパントとなるW原子を希薄化する。これには、WSin膜の形成技術を発展させた、クラスターエピタキシー法を利用する。先ずは、W原子濃度の制御のために、Siエピタキシャル成長速度とMSinクラスター合成速度の基板温度依存性を明らかにすることが、クラスターエピタキシー法を確立する上で最重要課題となる。今年度は、既設のCPD装置を活用して、WSin膜の組成比ｎ制御条件の探索を行った。さらに、ホール効果評価装置システムを改造することで、WSin膜の磁気抵抗やキャリア移動度の温度依存性を測定できるようにした。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

本研究では、(1) WSin膜中の単一W原子濃度の広範囲制御、(2) W原子濃度の選択によるスピン状態の制御ホール効果測定、を課題としている。現在までに、（１）のWSin膜の成膜条件の探索を行っているが、当初の想定に反し、現行の成膜装置に高負荷がかかり装置メンテナンスが頻繁に発生したために、WSin膜の材料組成nの探索条件を見出すのが困難となった。（２）についてはホール効果測定装置の改造が完了し、磁気抵抗評価やキャリア移動度の温度依存性評価、ゲートバイアス印加中のホール効果測定が可能となった。

Strategy for Future Research Activity

WSin膜の成膜条件の探索のために、成膜装置を改造し、材料探索を効率化する。