| 研究課題/領域番号 |
20H02560
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分28020:ナノ構造物理関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 |
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研究代表者 |
岡田 直也 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (10717234)
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| 研究分担者 |
内田 紀行 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究グループ長 (60400636)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円)
2022年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2021年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2020年度: 10,400千円 (直接経費: 8,000千円、間接経費: 2,400千円)
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| キーワード | スピン / 遷移金属 / シリサイド / エピタキシャル成長 / CVD / シリコン / 磁性 / 遷移金属内包シリコンクラスター / 磁性半導体 / クラスター |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、WSin膜の形成手法を利用し、Si結晶中のW原子をd電子系の磁性ドーパントとして機能させた単結晶Siスピングラスの創出を目指す。外部電界によるフェルミレベル制御でW原子の荷電状態を変調し、奇数個のd軌道電子に基づくスピン状態を作り出す。そのために、Si結晶中のW原子を、局所クラスター構造を保ったまま~1017cm-3から~1022 cm-3まで連続的に変化させて、容量-電圧特性の温度依存性、ゲート電圧印可場での磁気抵抗とESR評価などを行い、磁気特性やバンドギャップ内準位のW濃度依存性を明らかにする。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、WSin膜のW原子濃度：~1017－1022 /cm3へとSiリッチ化して、W原子を希薄化すために、WSin膜の形成技術を発展させた、クラスターエピタキシー法を利用する。W原子濃度の制御のために、Siエピタキシャル成長速度とMSinクラスター合成速度の基板温度依存性を明らかにし、そのうえで、Si基板表面上へのWSin膜のエピタキシャル成長を実証した。さらに、WSin膜のみならず、他の遷移金属種のMoSin膜の形成を実証した。また第一原理計算からSi結晶中におけるMSinクラスターの荷電状態を調べ、Mに応じてキャリアタイプを制御できることを示した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究ではWSin膜の強磁性特性の発現の実証には至らなかったが、本研究で実証できたSi結晶中のW濃度の制御方法は、Si結晶を利用した新しい概念のスピン伝送路や、量子ビット生成デバイスとしてのポテンシャルを有している。さらに他の応用可能性として、不揮発メモリデバイス向けのスピントラップ薄膜、微細CMOSのソース/ドレイン向けの接合薄膜、高効率太陽電池材料向けの多重励起子生成薄膜、などが挙げられる。
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