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2006 年度 実績報告書

強磁性を有する強誘電体とSi系希薄磁性半導体の接合を用いた新規な電界効果型素子

研究課題

研究課題/領域番号 14102021
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, 工学研究科, 教授 (50199361)

研究分担者 松井 利之  大阪府立大学, 工学研究科, 助教授 (20219372)
芦田 淳  大阪府立大学, 工学研究科, 講師 (60231908)
吉村 武  大阪府立大学, 工学研究科, 助手 (30405344)
キーワード強磁性強誘電体 / YMnO_3 / 強誘電体ゲートトランジスタ / 新強誘電体物 / 減分極電界 / 電界効果型スピン素子 / Si:Ce希薄磁性半導体 / スピントロニクス
研究概要

本研究では、Si用K-Cellのトラブル、イオン注入装置の停止という問題によって研究期間内に最終デバイス動作を確認することはできなかった。しかしながら、最終デバイス形態の方針を明確化するとともに5年間で49報の原著論文を発表し、学術的価値、関連分野への波及性に関しては大きな成果が得られた。YMnO_3の磁気特性と強誘電特性との相関(マルチフェロイック物性)に関しては大きな進展があった。ネール点近傍の温度において、YMnO_3の分極反転の抗電界および低電界側での誘電率に異常があることが見いだされた。反強磁性強誘電体であるYMnO_3はGinzburg-Landou方程式を元に導かれたドメイン安定性の議論から、強誘電性ドメイン壁は常に反強磁性ドメイン壁を伴うことが示唆されている。我々は、実験的に反強磁性ドメインの形成によって強誘電性のドメイン反転が抑制されることを明らかにした。この結果はPhil.Mag.Lett.に招待論文として掲載された。誘電率がネール点で大きく減少する、強誘電性の抗電界がネール点以下で大きく増加する等が分かった。ラマン分光の結果から、フォノン-スピンカップリングが生じていることも明らかになっており、この二つの現象がリンクしていることが示唆される。このネール点で抗電界が増加することを用いることによって、低電界で書込み、保持時は大きな抗電界を有するデバイスの設計が可能になったと考えられる。さらに、YMnO_3の反強磁性を利用した「エクスチェンジバイアス効果」も素子応用としては面白い効果である。また、AサイトをYbと置換することによって数少ない強磁性強誘電体を創出した。強磁性強誘電体を用いると「磁性強誘電体のスピンフィルタリング効果」を利用したデバイスの創成が可能になる。さらに、「磁性・強誘電性ドメイン相互作用」と「磁性極性半導体」との多重分極相互作用の3つの効果を用いた3種類のマルチフェロイックFETが構築できることが示唆され、設計指針が構築された。これらマルチフェロイック材料をゲートに、磁性半導体をチャネルに用いたこれら3つのデバイスは、世界初の提案である。しかしながら最も重要なことは、最初に記載した強誘電体をゲートに用いるとホール誘起の金属的磁性半導体をチャネルに用いることができることである。
CMOSプロセスがイオン注入装置の停止で困難になったためにTFTの作製に計画を変更し、19年4月に完成した。デバイス動作は、ここ1-2年で確認されるものと期待される。本研究とは主旨が少し異なるが、チャネルを酸化物にすることによってマルチフェロイックFETが容易に動作することも証明した。

  • 研究成果

    (25件)

すべて 2007 2006

すべて 雑誌論文 (25件)

  • [雑誌論文] Magnetic Properties of Low Temperature grown Si : Ce Thin Films on (001)Si substrate2007

    • 著者名/発表者名
      T.Terao, Y.Nishimura, D.Shindo, A.Ashida, N.Fujimura
    • 雑誌名

      Journal of Magnetism and Magnetic Materials 310

      ページ: 726-728

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] Magnetic Frustration Behavior of Ferroeletric Ferromagnet YbMnO_3 Epitaxial Films2007

    • 著者名/発表者名
      N.Fujimura, T.Takahashi, T.Yoshimura, A.Ashida
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics 101(in press)

  • [雑誌論文] Effect of Bi substitution on the magnetic and dielectric properties of epitaxially-grown BaFe_<0.3>Z_<0.7>O3-δ thin films on SrTiO_3 substrates2007

    • 著者名/発表者名
      T.Matsui, S.Shindo, N.Fujimura, T.Yoshimura, H.Tsuda, K.Morii
    • 雑誌名

      Journal of Physics and Chemistry of Solids, (accepted Manuscript)(In Press)

  • [雑誌論文] Multiferroic Behavior of YMnO_3 and YbMnO_3 Epitaxial Films(INVITED PAPER)2007

    • 著者名/発表者名
      N.Fujimura, N.Shigemitsu, T.Takahashi, A.Ashida, T.Yoshimura
    • 雑誌名

      Philosophical Magazine Letters 87,3-4

      ページ: 193-201

  • [雑誌論文] Preparation and the magnetic property of ZnMnO thin films on (000-1)ZnO single crystal substrate2007

    • 著者名/発表者名
      K.Masuko, A.Ashida, T.Yoshimura, N.Fujimura
    • 雑誌名

      Journal of Magnetism and Magnetic Materials 310

      ページ: e711-e713

  • [雑誌論文] Fabrication of YMnO_3 Epitaxial Thin Films Films and the Magnetic-Ferroelectric Correlation Phenomena2007

    • 著者名/発表者名
      K.Maeda, N.Shigematsu, T.Yoshimura, N.Fujimura
    • 雑誌名

      Proceeding, 2006 International meeting for Future of Electron Devices, Kansai accepted

  • [雑誌論文] Magnetic and Dielectric Properties of Yb(Mn_<1-x>Al_x)O_3 Thin Films2007

    • 著者名/発表者名
      K.Fukae, T.Takahashi, T.Yoshimura, N.Fujimura
    • 雑誌名

      Proceeding,International Symposium on the Application of Ferroelectrics, USA accepted

  • [雑誌論文] Influence of Antiferromagnetic Ordering on Ferroelectric Polarization Switching of YMnO_3 Epitaxial Thin Films2007

    • 著者名/発表者名
      K.Maeda, T.Yoshimura, N.Fujimura
    • 雑誌名

      Proceeding,International Symposium on the Application of Ferroelectrics, USA accepted

  • [雑誌論文] Magnetic and Ferroelectric Properties of YMnO_3 Epitaxial Thin Films2007

    • 著者名/発表者名
      K.Maeda, T.Yoshimura, N.Fujimura
    • 雑誌名

      Materials Research Society Symposium Proceedings accepted

  • [雑誌論文] Conduction Characteristics of Charge Ordering Type Ferroelectrics, YFe_2O_<4-δ>2007

    • 著者名/発表者名
      K.Imamura, Y.Horibe, T.Yoshimura, N.Fujimura, S.Mori, N.Ikeda
    • 雑誌名

      Materials Research Society Symposium Proceedings accepted

  • [雑誌論文] Reaction of Si with excited nitrogen species in pure nitrogen plasma near atmospheric pressure2006

    • 著者名/発表者名
      R.Hayakawa, T.Yoshimura, A.Ashida, T.Uehara, N.Fujimura
    • 雑誌名

      Thin Solid Films 506-507

      ページ: 423-426

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] Electro-optical effect in ZnO : Mn thin films prepared by Xe sputtering2006

    • 著者名/発表者名
      A.Ashida, T.Nagata, N.Fujimura
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics 99

      ページ: 013509

  • [雑誌論文] Photoluminescence properties peculiar to the Mn-related transition in a lightly alloyed ZnMnO thin film grown by pulse laser deposition2006

    • 著者名/発表者名
      M.Nakayama, H.Tanaka, K.Masuko, T.Fukushima, A.Ashida, N.Fujimura
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters 88,24

      ページ: 241908

  • [雑誌論文] Growth and Ferromagnetic Properties of Ferroelectric YbMnO_3 Thin Films2006

    • 著者名/発表者名
      T.Takahashi, Y.Yoshimura, N.Fujimura
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys 45

      ページ: 7329-7331

  • [雑誌論文] Single-wall Carbon Nanotube Field Effect Transistors with Non-volatile Memory Operation2006

    • 著者名/発表者名
      T.Sakurai, T.Yoshimura, S.Akita, N.Fujimura, Y.Nakayama
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys 45

      ページ: L1036-L1038

  • [雑誌論文] Detailed structural analysis and dielectric properties of silicon nitride film fabricated using pure nitrogen plasma generated near atmospheric pressure2006

    • 著者名/発表者名
      R.Hayakawa, M.Nakae, T.Yoshimura, A.Ashida, N.Fujimura, T.Uehara, M.Tagawa, Y.Teraoka
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics 100

      ページ: 073710

  • [雑誌論文] The Comparison of the Growth Models of Silicon Nitride Ultra-Thin Films Fabricated Using Atmospheric Pressure Plasma and Radio Frequency Plasma2006

    • 著者名/発表者名
      M.Nakae, R.Kayakawa, Y.Yoshimura, A.Ashida, T.Uehara, N.Fujimura
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics 101

      ページ: 023513

  • [雑誌論文] Effect of Additional Oxygen for the Formation of Silicon Oxynitride Using Nitrogen Plasma Generated near Atmospheric Pressure2006

    • 著者名/発表者名
      R.Hayakawa, M.Nakae, T.Yoshimura, A.Ashida, N.Fujimura, T.Uehara
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys 45,12,

      ページ: 9025-9028

  • [雑誌論文] Super thermoelectric power of one-dimensional TlInSe_22006

    • 著者名/発表者名
      N.Madedov, K.Wakita, A.Ashida, T.Matsui, K.Morii
    • 雑誌名

      Thin Solid Films 499

      ページ: 275-278

  • [雑誌論文] Fabrication of YMnO_3 Epitaxial Thin Films Films and the Magnetic-Ferroelectric Correlation Phenomena2006

    • 著者名/発表者名
      K.Maeda, N.Shigematsu, T.Yoshimura, N.Fujimura
    • 雑誌名

      Transaction of the Materials Research Society of Japan 31,[1]

      ページ: 185-188

  • [雑誌論文] Mn Doping Effects on Dielectric Properties of ZnO Epitaxial Films2006

    • 著者名/発表者名
      T.Oshio, A.Ashida, T.Yoshimura, N.Fujimura
    • 雑誌名

      Transaction of the Materials Research Society of Japan 31,[1]

      ページ: 189-192

  • [雑誌論文] The Nitridation Process of Silicon with Atmospheric Pressure Plasma2006

    • 著者名/発表者名
      M.Nakae, R.Hayakawa, T.Yoshimura, T.Ueharaq, N.Fujimura
    • 雑誌名

      Transaction of the Materials Research Society of Japan 31,[1]

      ページ: 161-164

  • [雑誌論文] Electric and Magnetic Properties of Ba(Co,Mn)O_<3-δ> Epitaxial thin films2006

    • 著者名/発表者名
      T.Inoue, T.Matsui, H.Tusda,, K.Morii
    • 雑誌名

      Transaction of the Materials Research Society of Japan 31,[1]

      ページ: 193-196

  • [雑誌論文] 強誘電体電子デバイスの展望2006

    • 著者名/発表者名
      吉村武, 藤村 紀文
    • 雑誌名

      金属学会セミナーテキスト 非シリコン半導体の現状と展望 100

      ページ: 22-30

  • [雑誌論文] 磁性強誘電体のマルチフェロイック物性2006

    • 著者名/発表者名
      藤村紀文, 吉村武
    • 雑誌名

      応用物理 75,6

      ページ: 713

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公開日: 2008-05-08   更新日: 2016-04-21  

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