研究課題
本研究は、次世代の超低消費電力ディスプレイの実現を目指し、その第一歩の技術として、ガラス基板上への高性能スピンMOSFETの形成とその動作実証を目標としている。高性能スピンMOSFETをガラス基板上へ形成するためには、まずその要素技術である半導体Ge中の電気的室温スピン伝導検出、および低温プロセスを用いたゲート形成技術を確立する必要がある。研究代表者は昨年度、Geへの高効率なスピン伝導検出に向けてホイスラー合金の一種であるCo2FeSi(CFS)をスピン注入電極用材料として用い、～200 Kというそれまで報告例のない温度でのスピン伝導の電気的検出に成功したが、スピンMOSFETの実現のためには最終的に室温での実証が必要となる。そこで本年度は、室温でのスピン機能がCFSよりも高いことが示されているホイスラー合金Co2FeSi0.5Al0.5(CFSA)に注目した。分子線エピタキシー法を用いて、Co、Fe、Si、およびAl元素の非化学両論組成比の同時蒸着により室温で高品質なCFSA/Ge構造の試料を作製し、それを横型スピン注入・検出素子に加工し、スピン注入実験を行ったところ、室温でGe中のスピン伝導の電気的検出に成功した。さらに研究代表者は、昨年度開発した低温ゲート形成技術における課題である、ゲートのon/off比の改善を図った。on/off比を下げる要因であるoff時のリーク電流を、ゲートを印加するGe層直下への電流の漏れを抑制することで低減し、on/off比を10倍以上改善させることに成功した。これらは、すべてガラス軟化温度(～400 ℃)以下の技術であり、ガラス上のスピンMOSFETのプロセスに適用できる。
2: おおむね順調に進展している
研究代表者は、本研究の最終目標であるガラス基板上の高性能スピンMOSFETの創成に必要不可欠な要素技術である、低温形成した高品質なホイスラー合金Co2FeSi0.5Al0.5を用いた半導体への電気的室温スピン伝導検出と、低温プロセスによって作製したゲートの動作の高性能化を実証した。
今後は、ここまで得られた知見を基に、室温でのスピン伝導のゲート電圧制御の実証を目指す。これが実証されれば、スピンMOSFETの基本動作を実現したと言える。
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Japanese Journal of Applied Physics
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