超構造制御によるSi中での磁気輸送異常温度の上昇を目指した研究

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13875009
• 研究種目: 萌芽的研究
• 研究機関: 大阪府立大学
• 研究代表者: 藤村 紀文 大阪府立大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (50199361)
• 研究分担者: 芦田 淳 大阪府立大学, 大学院・工学研究科, 助手 (60231908)
• キーワード: Si : Ce / スピングラス / 超常磁性 / 磁気輸送特性 / ドーピング / 強磁性 / 磁気抵抗 / フォトルミネッセンス

研究概要

従来の半導体デバイスでは,キャリアが有する「電荷」を,また、大容量の磁気メモリーでは、電子が固有にもつ「磁気モーメント」,すなわち「スピン」を利用してそれぞれ大きな成功を納めてきた。本研究の萌芽的な点は、この電子の持つ二つの側面よって奏でられるエレガントな物理現象が、局在性の強いf電子系金属においても周りの結晶場の影響を受け、様々な量子化現象を誘発する点に着目していることである。本研究は、Si : Ceにおいて、代表者によって見出された強磁性、スピングラス、重い電子等の新規な量子現象が、従来の理論で説明できる現象であるか否かを解明する事である。
本年度得られた結果を研究実施計画に沿って報告する。
(1)スピン数、バンド構造、キャリア数を制御されたSi希薄磁性半導体の作成
キャリア数、Ce量、Ceの分散状態、格子定数、半導体のバンド構造、を独立に変化させ過飽和状態のSi : Ce薄膜を作成するために低温成長プロセスを検討した。低温成長時に生じる不均一三次元核形成を抑制するために基板の前処理方法、基板昇温時の残留ガスのモニタリングと抑制、成長速度の最適化を行い、1.5at%までCeを過飽和に固溶させることが可能になった。従来は0.5at%であったので大きな改善である。また、表面平坦性やキャリアモビリティーも従来条件で作成した試料より優れていることが確認された。
(2)低磁場及び高磁場での帯磁率測定、磁化測定、比抵抗および磁気抵抗測定
従来試料で測定した結果、磁化や比抵抗の温度特性に異常が生じるカスプ温度は固溶しているCe量の増大に伴って増加し現在は最高温度190Kである。
(3)磁気輸送異常現象のバンド依存性の検討(藤村)
パルス磁場印加によるスピン応答によってドメインサイズを推定した。
(4)フォトルミネッセンス測定、(5)XPSによる電子状態の評価によってCeの添加による顕著な変化は観測できなかった。試料の結晶性が良好でないことが考えられるため、(1)であられた試料を用いて再測定を行う予定である。

研究成果

• [文献書誌] T.Wakano, N.Fitjimura, N.Abe, Y.Morinaga, A.Ashida, T.Ito: "Magnetic and magneto-transport properties of ZnO : Ni films"Physica E. 10. 260-264 (2001)
• [文献書誌] Y.Morinaga, T.Edahiro, N.Fujimura, T.Ito, T.Koide, Y.Fujiwara, Y.Takeda: "Magnetic properties of Er and Er, O-doped GaAs grown by organometallic vapor phase epitaxy"Physica E. 10. 391-394 (2001)
• [文献書誌] T.Yamaguchi, H.Kato, N.Fujimura, T.Ito: "Annealing behavior of electrical properties in plasma-exposed Ti/p-Si interfaces"Thin Solid Films. 396. 119-125 (2001)
• [文献書誌] T.Yokota, N.Fujimura, Y.Morinaga, T.Ito: "Detailed structural analysis of Ce doped Si thin films"Physica E. 10. 237-241 (2001)
• [文献書誌] 藤村紀文, 横田壮司, 伊藤太一郎: "Si : Ce系希薄磁性半導体薄膜"固体物理. vol.36 9月号. 61-68 (2001)
• [文献書誌] T, Yokota, N.Fujimura, T.Wada, S.Hamasaki, T.Ito: "Ce concentration dependence on the magnetic and transport properties of Ce doped Si epitaxial films prepared by molecular beam epitaxy"Journal of Applied Physics. (in press). (2002)