Ｆｅ系磁性合金ハイブリッドドット創成によるスピン・電子制御と新機能メモリ応用

• 研究課題/領域番号: 16H06083
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 電子・電気材料工学
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 牧原 克典 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (90553561)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 24,830千円 (直接経費: 19,100千円、間接経費: 5,730千円); 2018年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2017年度: 11,180千円 (直接経費: 8,600千円、間接経費: 2,580千円); 2016年度: 9,100千円 (直接経費: 7,000千円、間接経費: 2,100千円)
• キーワード: 磁性ドット / メモリ / 合金ナノドット / スピン

研究成果の概要

保磁力の異なる規則化合金FePtナノドットの二層構造の局所電気伝導特性を非磁性AFM探針を用いて評価した結果、ナノドットの保磁力差を反映してドットの磁化状態に起因する電子輸送変化が室温で観測できた。また、4.5kOeで平行磁化状態を実現でき、1.0~2.0kOeを印加することで保磁力の小さな下層ドットの磁化方向のみを制御できることが分かった。さらには、シリコン熱酸化膜上の極薄Fe/Si/Fe積層構造を外部非加熱でリモートH2プラズマ処理することで、Feシリサイドナノドットが高密度・一括形成できるとともに、初期膜厚の組成比を制御することで、ホイスラー合金Fe3Si相のナノドットの形成を実現した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

近年、次世代不揮発性ワークメモリとして磁気トンネル接合(MTJ) を用いた磁気抵抗メモリ（MRAM）に高い関心が集まっているが、高密度集積化と高信頼動作の確保の両立が重要課題となっている。本研究で提案する「磁性合金ナノドットのハイブリッド集積構造」は、異なる磁化特性を有する合金ナノドットの一次元連結構造でハイブリッド集積構造内の磁化状態を反映するトンネル磁気抵抗効果を使った不揮発性メモリ開発に向けた独創的な構造であり、これらの課題は克服できる。

研究成果

• [国際共同研究] 内モンゴル工科大学(中国)
• [国際共同研究] バンドン工科大学(インドネシア)
• [雑誌論文] High Density Formation and Magnetoelectronic Transport Properties of Fe3Si Nanodots (2018)
  • 著者名/発表者名: Hai Zhang, Katsunori Makihara, Mitsuhisa Ikeda, Akio Ohta, and Seiichi Miyazaki
  • 雑誌名: ECS Trans. 巻: 86 号: 7 ページ: 131-138
  • DOI: 10.1149/08607.0131ecst
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Formation of Mn-germanide nanodots on ultrathin SiO2 induced by remote hydrogen plasma (2018)
  • 著者名/発表者名: Yinghui Wen, Katsunori Makihara, Akio Ohta, Mitsuhisa Ikeda and Seiichi Miyazaki
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 57 号: 1S ページ: 01AF05-01AF05
  • DOI: 10.7567/jjap.57.01af05
  • NAID: 210000148563
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluation of resistive switching properties of Si-rich oxide embedded with Ti nanodots by applying constant voltage and current (2018)
  • 著者名/発表者名: Akio Ohta, Yusuke Kato, Mitsuhisa Ikeda, Katsunori Makihara and Seiichi Miyazaki
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 57 号: 6S1 ページ: 06HD05-06HD05
  • DOI: 10.7567/jjap.57.06hd05
  • NAID: 210000149156
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetoelectronic transport of double stack FePt nanodots (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Makihara, T. Kawase, A. Ohta, M. Ikeda, and S. Miyazaki
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 111 号: 5
  • DOI: 10.1063/1.4985603
  • 査読あり
• [雑誌論文] Embedding of Ti Nanodots into SiO_x and Its Impact on Resistance Switching Behaviors (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Kato, A. Ohta, M. Ikeda, K. Makihara, and S. Miyazaki
  • 雑誌名: IEICE Transactions on Electronics 巻: E100.C 号: 5 ページ: 468-474
  • DOI: 10.1587/transele.E100.C.468
  • NAID: 130005631611
  • ISSN: 0916-8524, 1745-1353
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nano spin-diodes using FePt-NDs with huge on/off current ratio at room temperature (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Makihara, T. Kato, Y. Kabeya, Y. Mitsuyuki, A. Ohta, D. Oshima, S. Iwata, Y. Darma, M. Ikeda and S. Miyazaki
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 号: 1
  • DOI: 10.1038/srep33409
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Formation and characterization of high-density FeSi nanodots on SiO2 induced by remote H2 plasma (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Zhang, K. Makihara, A. Ohta, M. Ikeda and S. Miyazaki
  • 雑誌名: Jpn, J. Appl. Phys. 巻: 55
  • NAID: 210000145983
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] High Density Formation of FePt Nanodots and Their Magnetic Properties (2018)
  • 著者名/発表者名: Yasushi Hashimoto, Katsunori Makihara, Akio Ohta, Mitsuhisa Ikeda and Seiichi Miyazaki
  • 学会等名: 40th International Symposium on Dry Process
  • 国際学会
• [学会発表] Formation and Magnetic Characterization of High Density FePt Nanodots Induced by Remote H2 Plasma (2018)
  • 著者名/発表者名: Yasushi Hashimoto, Katsunori Makihara, Akio Ohta, Mitsuhisa Ikeda and Seiichi Miyazaki
  • 学会等名: 12th International WorkShop on New Group IV Semiconductor Nanoelectronics
  • 国際学会
• [学会発表] Impact of Surface Pre-Treatment on Metal Migration Induced by Remote H2-Plasma Treatment (2018)
  • 著者名/発表者名: Katsunori Makihara, Akio Ohta, Mitsuhisa Ikeda, and Seiichi Miyazaki
  • 学会等名: International Conference of Atomic Control Surface and Interface-14
  • 国際学会
• [学会発表] High Density Formation and Magnetoelectronic Transport Properties of Fe3Si Nanodots (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Zhang, K. Makihara, M. Ikeda, A. Ohta, and S. Miyazaki
  • 学会等名: AiMES 2018 Meeting, ECS and SMEQ Joint International Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Si-Geナノ構造制御で展開する電子デバイス開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 牧原克典、宮崎誠一
  • 学会等名: 2018年日本表面真空学会中部支部研究会
  • 招待講演
• [学会発表] ナノ構造制御で展開する電子デバイス開発と機能進化・高度化への挑戦 (2018)
  • 著者名/発表者名: 牧原克典、宮崎誠一
  • 学会等名: 第3回ニューフロンティアリサーチワークショップ
  • 招待講演
• [学会発表] Formation of Mn-germanide Nanodots on Ultrathin SiO2 Induced by Remote Hydrogen Plasma (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Wen, K. Makihara, A. Ohta, M. Ikeda and S. Miyazaki
  • 学会等名: 8th International Symposium on Advanced Plasma Science and its Applications for Nitrides and Nanomaterials/9th International Conference on Plasma-Nano Technology & Science
  • 発表場所: Chubu University
  • 年月日: 2017-03-01
  • 国際学会
• [学会発表] High Density Formation of Fe-silicide Nanodots and Their Magnetic Properties (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Ishida, K. Makihara, A. Ohta, M. Ikeda and S. Miyazaki
  • 学会等名: International Union Material Research Society - The 15th International Conference on Advanced Materials
  • 国際学会
• [学会発表] Magnetoelectronic Transport of Double Stack FePt Nanodots (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Makihara, T. Kawase, A. Ohta, M. Ikeda, and S. Miyazaki
  • 学会等名: 2017 Asia-Pacific Workshop on Fundamentals and Applications of Advanced Semiconductor Devices
  • 国際学会
• [学会発表] Fabrication and Magnetoelectronic Transport Fe3Si-Nanodots on Ultrathin SiO2 (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Zhang, K. Makihara, A. Ohta, M. Ikeda, and S, Miyazaki
  • 学会等名: The 10th International Conference on Silicon Epitaxy and heterostructures
  • 国際学会
• [学会発表] 定電圧および定電流印加によるSi酸化薄膜の電気抵抗変化特性評価 (2017)
  • 著者名/発表者名: 大田 晃生、加藤 祐介、池田 弥央、牧原 克典、宮崎 誠一
  • 学会等名: 電気通信情報学会(SDM) [シリコン材料・デバイス] シリコンテクノロジー分科会 6月度合同研究会
• [学会発表] High Density Formation of Ta/Ta-Oxide Core-Shell Nanodots (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Wang, D. Takeuchi, A. Ohta, M. Ikeda, K. Makihara, and S. Miyazaki
  • 学会等名: 29th International Microprocesses and Nanotechnology Conference
  • 発表場所: Kyoto
  • 年月日: 2016-11-08
  • 国際学会
• [学会発表] Magnetotransport Properties of FePt Alloy-NDs Stacked Structures (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Makihara, T. Kawase, A. Ohta, M. Ikeda, and S. Miyazaki
  • 学会等名: 2016 International Conference on Solid State Devices and Materials
  • 発表場所: Tsukuba
  • 年月日: 2016-09-26
  • 国際学会
• [学会発表] Ta酸化物ナノドットの高密度・一括形成 (II) (2016)
  • 著者名/発表者名: 王亜萍、竹内大智、池田弥央、大田晃生、牧原克典、宮崎誠一
  • 学会等名: 第77回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] FePtナノドットスタック構造における磁場印加後の電気伝導特性評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 河瀨平雅、牧原克典、大田晃生、池田弥央、宮崎誠一
  • 学会等名: 第77回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] Formation of Fe3Si-Nanodots on Ultrathin SiO2 Induced by H2-plasma Treatment and Their Magnetic-Field Dependent Electron Transport Properties (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Zhang, K. Makihara, M. Ikeda, A. Ohta, and S. Miyazaki
  • 学会等名: Asia-Pacific Conference on Semiconducting Silicides and Related Materials
  • 発表場所: Fukuoka
  • 年月日: 2016-07-16
  • 国際学会
• [学会発表] Electron Transport Properties of High Density FePt-NDs Stacked Structures (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Kawase, Y. Mitsuyuki, K. Makihara, A. Ohta, M. Ikeda and S. Miyazaki
  • 学会等名: 7th International Symposium on Control of Semiconductor Interfaces and 8th International SiGe Technology and Device Meeting joint meeting
  • 発表場所: Nagoya
  • 年月日: 2016-06-07
  • 国際学会
• [備考] 名古屋大学大学院 工学研究科 電子工学専攻 宮崎研究室
  • URL: http://www.nuee.nagoya-u.ac.jp/labs/miyazakilab/
• [備考] 名古屋大学工学研究科 電子工学専攻 宮崎研究室
  • URL: http://www.nuee.nagoya-u.ac.jp/labs/miyazakilab/