高品質トンネルスピンインジェクタを用いた電荷・スピン・超伝導複合効果の研究

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Science of hybrid quantum systems
• Project/Area Number: 18H04287
• Research Institution: The University of Electro-Communications
• Principal Investigator: 島田 宏 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (60216067)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 微小トンネル接合 / 原子層堆積法 / トンネルスピンインジェクタ / 帯電効果 / スピン偏極トンネル / 超伝導

Outline of Annual Research Achievements

本研究の基盤的な装置となる室温原子層堆積法（RT-ALD）を援用した斜め蒸着による微小トンネル接合の形成装置の開発を進めた。全手動操作ベースで構築していたプロトタイプに、ガス導入用および真空排気用の弁のオンライン制御および酸化剤である水蒸気プラズマを生成する高周波源のオンライン制御を可能とする機構を組み込み、専用の制御ボックスおよび制御ソフトウェアを作成して、良質なトンネル障壁となる室温原子層堆積法によるアルミナ膜をPC制御で自動形成することを可能にした。次年度に予定しているMgO膜形成用のプリカーサ・ガスの導入用の予備ポートも設置した。
トンネル接合のトンネル障壁として、被覆性・制御性のよい原子層堆積法による酸化膜が用いられた事例はあるが、微小トンネル接合の形成においてin situで斜め蒸着と原子層堆積法を組み合わせた事例は、これまでにない。今年度の取り組みでそれを実現する基盤装置を構築できた。
これまでに、Cu、V、Niの蒸着膜上でのRT-ALDアルミナ膜の成長をX線光電子分光法によって確認している。また、Ni／RT-ALDアルミナ／Alからなる接合で、ALDサイクル数とトンネル抵抗との指数関数的な依存性を確認している。V／RT-ALDアルミナ／Vの微小２重接合では、低温で超伝導ギャップおよび帯電効果によるクーロン・ギャップの観測も行い、まだ歩留まりは十分に高くはないが、想定した微小接合の形成プロセスが実行可能であることを示すことができた。目的とする帯電効果・超伝導・スピン偏極トンネルの３者の相乗効果の観測の舞台とする、良質のトンネルスピンインジェクタをもつ強磁性/超伝導/強磁性の微小２重接合の形成に重要な基礎を築いたと言える。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

世界的な半導体業界の活況のために、購入を予定していた真空部品の納期が非常に長期化した。そのため、自動化のための装置の構築が遅れることになった。

Strategy for Future Research Activity

やや遅れてはいるものの、基本的には計画に沿った研究が進んでいる。基盤装置ができたので、RT-ALDアルミナ膜をトンネル障壁とするトンネルスピンインジェクタを作製し、その特性を評価するとともに、強磁性/超伝導/強磁性の微小２重接合の形成を皮切りに、帯電効果・超伝導・スピン偏極トンネルの複合効果を探索するための素子形性を進め、低温測定に入る。また、よりスピン偏極特性が良好になることが予想されるMgO膜を作製するプロセスを導入し、同様の取り組みを進める。さらに、これまで研究例の少ない、Al以外の超伝導電極（Sn、V、Pb、In、Znなど）中のスピン物性を調べていく。