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2013 Fiscal Year Annual Research Report

超高密度転位構造を利用した磁気機能デバイスの探索

Research Project

Project/Area Number 23656380
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

米永 一郎  東北大学, 金属材料研究所, 教授 (20134041)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 大野 裕  東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (80243129)
徳本 有紀  東北大学, 金属材料研究所, 助教 (20546866)
Keywords物性制御 / 半導体 / 磁気特性 / 転位 / 金属不純物
Research Abstract

本研究は、半導体結晶での欠陥-不純物反応に関する知識を基盤として、シリコン結晶中に高密度に導入された転位欠陥に沿って強磁性不純物のナノ構造複合体を形成し、磁気機能性を有する新しいデバイスを構築することを目的とする。
上記目的に対して、(1) バルク結晶成長法による高濃度の強磁性不純物の導入と(2) 強磁性不純物の拡散法による転位でのナノ構造体の形成を試みた。
(1) 磁性不純物添加シリコン結晶の育成:チョクラルスキー法により、各種不純物を高濃度に固溶するシリコン結晶の育成を行い、濃度4 × 1016 cm-3のMn不純物を固溶する1インチ径のバルク結晶が育成した。ただ、その結晶の電気的特性は10Kから室温の範囲でHall係数法によって高純度結晶と同じであり、また磁化特性もSQUIDによる磁化測定では、自由電子による常磁性に留まり、Mnに起因する強磁性特性を見出すには至らなかった。しかし、同種の育成実験で、Cu、Pb、Sn等の特異な不純物を固溶する結晶の育成に成功し、それら不純物の結晶欠陥である粒界への集積現象を解明するに至った。
(2)拡散法による磁性不純物の導入と複合体の形成:109cm-2の高密度転位を導入したシリコン結晶の表面にCu、Mn不純物を蒸着し、それらから結晶内部へ拡散法により侵入させ、その2-5μmの表層領域においてそれら不純物の複合体を形成させた。特に、MnSi1.75化合物の形成が確認された。また、表面層にSb不純物を同時に蒸着させるとその形成が促進されることが見出された。それら試料の磁化特性について、現在検討を進めている。
このように、本研究の目的とした欠陥構造を利用した磁気デバイスの開発には至らなかったが、基礎的学理として、磁性不純物の転位に沿う拡散挙動、複合体形成、それらに対する異種不純物の同時添加の影響、粒界・転位との不純物反応・集積現象の解明を進めることが可能となった。今後、これらの結果を論文として発表する。

  • Research Products

    (9 results)

All 2014 2013

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (6 results)

  • [Journal Article] Czochralski growth of heavily tin-doped Si crystals2014

    • Author(s)
      I. Yonenaga, T. Taishi, K. Inoue, R. Gotoh, K. Kutsukake, Y. Tokumoto and Y. Ohno
    • Journal Title

      J. Crystal Growth

      Volume: 395 Pages: 94-97

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Czochralski growth of heavily indium-doped Si crystals and co-doping effects of group-IV elements2014

    • Author(s)
      K. Inoue, T. Taishi, Y. Tokumoto, K. Kutsukake, Y. Ohno, T. Ohsawa, R. Gotoh and I. Yonenaga
    • Journal Title

      J. Crystal Growth

      Volume: 393 Pages: 45-48

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Three-dimensional evaluation of gettering ability of Σ3{111} grain boundaries in silicon by atom probe tomography combined with transmission electron microscopy2013

    • Author(s)
      Y. Ohno, K. Inoue, Y. Tokumoto, K. Kutsukake, I. Yonenaga, N. Ebisawa, H. Takamizawa, K. Inoue, Y. Nagai, H. Yoshida and S. Takeda
    • Journal Title

      Appl. Phys. Lett.

      Volume: 103 Pages: 102102 (1-4)

    • DOI

      10.1063/1.4820140

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] シリコン中におけるΣ9{114}粒界と不純物の相互作用2014

    • Author(s)
      大野裕、井上海平、沓掛健太朗、米永一郎、海老澤直樹、高見澤悠、清水康雄、井上耕治、永井康介
    • Organizer
      日本物理学会2014春
    • Place of Presentation
      平塚
    • Year and Date
      20140327-20140330
  • [Presentation] シリコン結晶における PL 強度と転位密度の相関2014

    • Author(s)
      二宮駿也、沓掛健太朗、大野 裕、出浦桃子、宇佐美徳隆、米永一郎
    • Organizer
      応用物理学会2014春
    • Place of Presentation
      川崎
    • Year and Date
      20140317-20140320
  • [Presentation] 高密度に転位を導入したSi結晶へのMn拡散によるMnSi合金層形成2013

    • Author(s)
      後藤頼良,大野裕,米永一郎
    • Organizer
      第43回結晶成長国内会議
    • Place of Presentation
      長野
    • Year and Date
      20131106-20131108
  • [Presentation] Three-dimensional impurity distribution at sigma-3{111} grain boundaries in Si by atom probe tomography combined with transmission electron microscopy2013

    • Author(s)
      Y. Ohno, K. Inoue, Y. Tokumoto, K. Kutsukake, I. Yonenaga, N. Ebisawa, H. Takamizawa, Y. Shimizu, K. Inoue, Y. Nagai, H. Yoshida, S. Takeda
    • Organizer
      12th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures (ACSIN-12)
    • Place of Presentation
      Tsukuba (Japan)
    • Year and Date
      20131104-20131108
  • [Presentation] Growth of heavily indium doped Si2013

    • Author(s)
      K. Inoue, Y. Tokumoto, K. Kutsukake, Y. Ohno, I. Yonenaga
    • Organizer
      The 19th American Conference on Crystal Growth (ACCGE-19)
    • Place of Presentation
      Keystone (USA)
    • Year and Date
      20130721-20130726
  • [Presentation] Cu precipitation in CZ-Si crystals heavily doped with p-type dopant2013

    • Author(s)
      Y. Ohno, K. Inoue, K. Kutsukake, Y. Tokumoto, I. Yonenaga, H. Yoshida, S. Takeda, R. Taniguchi, S. R. Nishitani
    • Organizer
      The 12th Asia Pacific Physics Conference APPC12
    • Place of Presentation
      Makuhari (Japan)
    • Year and Date
      20130714-20130719

URL: 

Published: 2015-05-28  

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