シリコン中でのキャリアスピン物理の解明とスピンデバイスへの応用

• 研究課題/領域番号: 20686023
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 電子デバイス・電子機器
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 中根 了昌 東京大学, 大学院・工学系研究科, 講師 (50422332)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2010
• 研究課題ステータス: 完了 (2010年度)
• 配分額: 26,130千円 (直接経費: 20,100千円、間接経費: 6,030千円); 2010年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2009年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2008年度: 20,670千円 (直接経費: 15,900千円、間接経費: 4,770千円)
• キーワード: 量子デバイス / スピンデバイス / スピンエレクトロニクス / 先端機能デバイス / 電気・電子材料 / 電子デバイス・機器 / 磁性 / 電子デバイス・電子機器 / 電子・電気材料 / 複合材料・物性 / 集積回路デバイス

研究概要

本研究で実現を目指すスピンMOSFETは、ソースドレイン電極に強磁性体金属を用いる。この時、スピン依存伝導効果と高出力特性を両立するためにシリコンチャネルとの実効的なショットキー障壁高さを低減する必要がある。これを実現するために、(1)イオンインプラによる方法、と(2)結晶成長中のオートドーピング効果による方法、の二つについて試行した。前者はAsを15keVで注入した後にFeを堆積してシリサイド化の方法により強磁性FeSiを作製した。インプラの条件とシリサイド化温度の最適化により、低い反応温度で障壁高さの低減と高出力特性を得られる作製条件を見出した。後者は、エピタキシャル強磁性MnAsの結晶成長をおこない、デバイスの試作とスピン依存伝導効果の測定をおこなった。結果として、50K以下の低温では、スピン依存伝導効果と考えられるヒステリシスが得られた。また、このヒステリシスが得られるバイアス範囲をプロットして、シリコン二次元電子チャネルにおけるスピン拡散長について考察を行った。

研究成果

• [雑誌論文] Magnetoresistance of a Spin Meta 1-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor (spin MOSFET) with Ferromagnetic MnAs Source and Drain Contacts (2010)
  • 著者名/発表者名: R.Nakane, T.Harada, K.Suigura, M.Tanaka
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys. 49 ページ: 1130001-1130004
• [雑誌論文] Magnetoresistance of a Spin Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor (spin MOSFET) with Ferromagnetic MnAs Source and Drain Contacts (2010)
  • 著者名/発表者名: R.Nakane, T.Harada, K.Suigura, M.Tanaka
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys. 巻: Vol.49 ページ: 1130001-1130004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of halfmetallic L21-phase Co2FeSi full-Heusler alloy thin films formed by rapid thermal annealing (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Takamura, R. Nakane, H. Munekata, and. S. Sugahara
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 103
  • 査読あり
• [雑誌論文] Formation of Si and Ge-based Full-Heusler Alloy Thin Films Using SOI and GOI Substrates for the Half-Metallic Source and Drain of Spin Transistors (2008)
  • 著者名/発表者名: Y.Taakamura, A. Nisnijima, Y . Nagahama, R. Nakane, and S. C.sugahara
  • 雑誌名: ECS Transactions 16 ページ: 945-952
  • NAID: 120006581933
  • 査読あり
• [学会発表] Siチャネル及びFe電極を有する多端子横型デバイスにおける非局所信号への異方性磁気抵抗効果の影響 (2011)
  • 著者名/発表者名: 佐藤彰一、中根了昌、國谷瞬、田中雅明
  • 学会等名: 春季第58回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学(神奈川県)
  • 年月日: 2011-03-24
• [学会発表] Fe電極を用いたスピンMOSFETにおけるスピン依存伝導特性 (2009)
  • 著者名/発表者名: 國谷瞬、中根了昌、佐藤彰一、菅原聡、田中雅明
  • 学会等名: 日本応用物理学会
  • 発表場所: 富山大学
  • 年月日: 2009-09-10
• [学会発表] シリコンMOS反転層へのスピン注入とスピンMOSFETへの応用 (2008)
  • 著者名/発表者名: 中根了昌, 原田智之, 杉浦邦晃, 菅原聡, 田中雅明
  • 学会等名: 第69回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 中部大学, 春日井
  • 年月日: 2008-09-03
• [学会発表] シリコンMOS反転層へのスピン注入とスピンMOSFETへの応用 (2008)
  • 著者名/発表者名: 中根了昌, 原田智之, 杉浦邦晃, 菅原聡, 田中雅明
  • 学会等名: 第69回応用物理学会学術講演会3p-CA-3,予稿集p52
  • 発表場所: 中部大学,春日井
• [学会発表] Magnetoresistance in MOSFETs with ferromagnetic MnAs source and drain contacts : Spin injection and transport in Si MOS channels (2008)
  • 著者名/発表者名: R.Nakane, T.Harada, K.Sugiura, S.Sugahara, M.Tanaka
  • 学会等名: The 66^<th> Device Research Conference (66^<th> DRC)V.A-7, Conference Digest p227.
  • 発表場所: Santa Barbara, CA,USA
• [学会発表] Magnetoresistance in MOSFETs with ferromagnetic MnAs source and drain contacts : Spin injection and transport in Si MOS channels (2008)
  • 著者名/発表者名: R. Nakane, T. Harada, K. Sugiura, S. Susahara and M. Tanaka
  • 学会等名: The 66th Device Research Conference (66th DRC)
  • 発表場所: Santa Barbara, CA, USA