2016 Fiscal Year Annual Research Report
Si-channel Hanle-effect spin devices for spin injection and spin transport.
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26630153
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
菅原 聡 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (40282842)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | スピントロニクス / スピン注入 / スピン伝導 / シリコン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
スピン機能とCMOSをデバイスレベルで融合するためには，Siへのスピン注入技術の確立が必要となる．本研究課題では，まず，Siへ高効率のスピン注入が期待できるスピン注入源の構造を明らかにした．次いで，スピン蓄積やスピン伝導を用いたスピン注入・伝導評価デバイスのモデリング・設計方法を確立し，スピン注入を定量的に評価・解析できる方法を開発した．
スピン注入源については，昨年度開発したラジカル酸化とラジカル酸素アニールによって作製した高品質CoFe/MgO/Siトンネル接合について，詳細に解析を行った．特に，トラップスピンに対するチャネルスピンの注入割合が，バイアス電圧の減少とともに増大して，チャネルスピンのみ観測されるバイアス条件が存在することを明らかにした．トンネル電流を用いた界面順位の算出方法を新たに開発して，界面順位密度のバイアス依存性がこの原因である可能性を示した．また，ラジカル酸化によって作製したHfO2をバリアとする新型のスピン注入源を提案して，このスピン注入源によるSiチャネルへのスピン注入を実現した．以上の結果から，ラジカル酸化を用いて高品質の界面構造を有する強磁性金属/トンネルバリアを構成することで，シリコンチャネルへの高効率のスピン注入が実現できることを示した．
スピン注入の評価デバイスのモデリング・設計については，これまでに開発してきた電界アシスト4端子法を応用したクロス配置Hanle効果デバイスについて検討を行った．Hanle効果によって生じる磁場に対する振動信号の包絡線からスピン緩和時間を正確に求めることが可能なデバイスの設計方法を開発した．この評価デバイスに，先に述べたスピン注入源を用いることで，シリコンチャネル内のスピンダイナミクスの詳細な評価が可能となる．
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