積層したMn系磁性半導体

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14655231
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 山本 雅彦 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (30029160)
• 研究分担者: 遠藤 泰 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (50335379) ; 中谷 亮一 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60314374)
• キーワード: 機能デバイス / スピンエレクトロニクス / Mn原子 / 積層膜 / 強磁性 / キュリー温度 / 半導体 / 飽和磁化

研究概要

新世代のスピンエレクトロニクスを担う新機能素子用の新材料の探索を目的として、スピンの大きいMn層と半導体層あるいは絶縁層との積層膜の磁気特性および電気特性について評価を行った。
(1)表面酸化層を有するSi基板上に厚さ15nmのMn層を形成した。作製した直後の試料は常磁性であったが、600-700Kの温度で熱処理を行うと、室温での強磁性を発現した。
(2)Mn(15nm)/SiO_2(1-3nm)/Si(15nm)の構造を有する積層膜について磁気特性の検討を行ったところ、530K以上の温度で熱処理を行うことにより、室温での強磁性を発現することがわかった。最も高い飽和磁化は、700K程度の温度で熱処理した積層膜において得られた。また、上記積層膜のキュリー温度は340K程度である。上記元素系を含む合金において、室温以上のキュリー温度を示すものは見つかっておらず、本研究の材料は新しい合金系を含む可能性が高い。
(3)Mn(6nm)/X(0.5nm)/Si(6nm)[X-B, BN, B_4C, SiC]3層膜の磁気特性について検討を行った。作製した直後の試料は常磁性であったが、700K程度の温度で熱処理を行うと、77Kでの強磁性を発現した。Mn/B_4C/Si3層膜は、室温においても強磁性であった。その他の3層膜のキュリー温度は260K程度である。
(4)[Mn(1nm)/SiO_2(1nm)]x20積層膜の磁気特性および電気特性の検討を行った。積層膜は室温で強磁性を示し、600-750Kでの熱処理を行うと磁化が増大した。キュリー温度は350K以上である。膜面垂直に電流を流し、その電気抵抗の温度依存性を測定したところ、熱処理前の積層膜は半導体的な挙動を示し、また、熱処理後の積層膜は金属的な挙動を示した。

研究成果

• [文献書誌] Ryoichi Nakatani: "Magnetic Properties in Mn/Si-O/Si(100)-substrate systems and Mn/Si-O/Si trilayers"Jpn.J.Appl.Phys.. 42・6A. 3392-3393 (2003)
• [文献書誌] Ryoichi Nakatani: "Ferromagnetism in Mn/X/Si (X=B, BN, B_4C, SiC) trilayers"Science and Technology of Advanced Materials. 5・1-2. 69-72 (2004)
• [文献書誌] Ryoichi Nakatani: "Magnetic Statesand and Magnetization Process in Ni-Fe Sub-micron Cup-Shaped Dots"Jpn.J.Appl.Phys.. 42・8. 5024-5029 (2003)
• [文献書誌] Gyu Bong Cho: "Magnetic Property and Morphology of Fe Film Grown on Self-Organized SrTiO_3 (001) Substrate with Inclined Angle"Jpn.J.Appl.Phys.. 42・10. 6543-6550 (2003)
• [文献書誌] Yu Shiratsuchi: "Superparamagnetic Behavior of Fe Ultrathin Films Grown on Al_2O_3 (0001) Substrates"J.Appl.Phys.. 94・12. 7675-7679 (2003)
• [文献書誌] Ryoichi Nakatani: "Magnetization chirality due to asymmetrical structure in Ni-Fe annular dots for high-density memory cells"J.Appl.Phys.. 95(印刷中). (2004)
• [文献書誌] S.Anisul Haque: "Magnetic logic gate for binary computing"Science and Technology of Advanced Materials. 5・1-2. 79-82 (2004)
• [文献書誌] Yu Shiratsuchi: "Thickness dependence of magnetic state of Fe thin films grown on Al_2O_3(0001) substrateswith inclined angle"Science and Technology of Advanced Materials. 5・1-2. 73-78 (2004)
• [文献書誌] Gyu-Bong Cho: "Film thickness dependence on morphology of Fe films on self-organized SrTiO_3(0001) substrates with inclined angles"Science and Technology of Advanced Materials. 5・1-2. 89-94 (2004)
• [文献書誌] Yasushi Endo: "Effects of hydrogenation on structure and magnetic properties of Fe/La multilayers"Science and Technology of Advanced Materials. 5・1-2. 95-100 (2004)
• [文献書誌] Hiroshi Naganuma: "Magnetic and electrical properties of iron nitride films having both amorphous matrices and nanocrystalline grains"Science and Technology of Advanced Materials. 5・1-2. 101-106 (2004)
• [文献書誌] Hiroshi Naganuma: "Magnetic properties of weak itinerant ferromagnetic ξ-Fe_2N film"Science and Technology of Advanced Materials. 5・1-2. 83-87 (2004)