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2005 年度 実績報告書

極限界面・結晶成長制御による室温スピントロニクスデバイスの研究

研究課題

研究課題/領域番号 16031208
研究機関大阪大学

研究代表者

田畑 仁  大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (00263319)

研究分担者 佐伯 洋昌  大阪大学, 産業科学研究所, 助手 (20362626)
キーワード酸化物ワイドギャップ半導体 / 磁気光学測定 / スピントランジスタ / ホモエピタキシャル成長 / 非平衡薄膜結晶成長
研究概要

室温動作可能なスピン偏極素子作製を目指し、ZnOベースのホモエピ成長を行い極限界面・結晶成長制御によるスピン物性制御を実施した。
これまでの研究により、現在実用化されているアモルファスシリコンTFTを凌ぐ良好な特性(増幅率(>10^6)と移動度(10cm^2/Vs))の薄膜トランジスタを多結晶ZnO/SiO_2系にて実現している。この電界によるキャリア数制御という、要素技術を単結晶上のホモエピタキシャル薄膜に適用した。特にZnO薄膜へのCoをドーピングによるワイドギャップ磁性半導体の実現が、極限界面・結晶成長制御により系統的制御が可能となった。特にZnO薄膜作製時の極性制御は結晶成長モードに密接に関係し、強磁性発現に極めて重要な因子であることが明らかになった。酸素極性、Zn極性共に明瞭なキャリア濃度と磁化率に正の相関があり、10^<19>cm^<-3>以上の電子キャリア領域で1ボーア磁子/Coを超える大きな強磁性が発現した。室温スピントロニクスデバイスのプロトタイプとしてTMR素子作製をドライエッチング処理によりメサ構造を形成することで実施した。このような接合型素子によるスピントンネル素子、あるいは異方性結晶成長特性を利用した量子細線構造形成による量子井戸型光素子を希薄磁性半導体をベースとして作製し、その動作の検証を行った。トンネルバリア層となるMgOあるいはAl_2O_3薄膜の品質がTMR特性を支配しており、今後のデバイス特性改善に必須であることが分かった。
また、最適なクラッド材料を選択し、あらゆる希薄磁性半導体に対しても適用できるような汎用性をもった装置開発を行った。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2006 2005

すべて 雑誌論文 (14件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Critical thickness and lattice relaxation of Mg-rich strained Mg_<0.37>Zn_<0.63>O(0001) layers towards multi-quantum-wells2006

    • 著者名/発表者名
      H.Matsui
    • 雑誌名

      J.Appl.Phys. 99

      ページ: 024902

  • [雑誌論文] Characterization of magnetic components in the diluted magnetic semiconductor Zn_<1-x>Co_xO by x-ray magnetic circular dichroism2005

    • 著者名/発表者名
      M.Kobayashi
    • 雑誌名

      Phys.Rev.B 72

      ページ: 201201(R)

  • [雑誌論文] Self-organized nanostripe arrays on ZnO(10-10) surfaces formed during laser molecular-beam-epitaxy growth2005

    • 著者名/発表者名
      H.Matsui
    • 雑誌名

      Appl.Phys.Lett. 87

      ページ: 143109

  • [雑誌論文] SEM Observation of Collagen Fibrils Secreted from the Body Surface of Osteoblasts on a CO_3 apatite-collagen Sponge2005

    • 著者名/発表者名
      I.Hirata
    • 雑誌名

      Dent.Mater.J. 24

      ページ: 460-464

  • [雑誌論文] Epitaxial growth and characteristics of N-doped anatase TiO_2 films grown using a free-radical nitrogen oxide source2005

    • 著者名/発表者名
      H.Matsui
    • 雑誌名

      J.Appl.Phys. 97

      ページ: 123511

  • [雑誌論文] DNA Patterning by Nano-imprinting Technique and Its Application for Bio-chips2005

    • 著者名/発表者名
      H.Tabata
    • 雑誌名

      J.Photopolym.Sci.Technol. 18

      ページ: 519-522

  • [雑誌論文] High-temperature cluster glass state and photomagnetism in Zn- and Ti-substituted NiFe_2O_4 films2005

    • 著者名/発表者名
      M.Seki
    • 雑誌名

      J.Appl.Phys. 97

      ページ: 083541

  • [雑誌論文] Photocontrol of magnetization in Al-substituted Fe_3O_4 thin films2005

    • 著者名/発表者名
      M.Seki
    • 雑誌名

      Solid State Commun. 133

      ページ: 791-796

  • [雑誌論文] Photoemission study of poly(dA)-poly(dT) DNA : Experimental and theoretical approach to the electronic density of states2005

    • 著者名/発表者名
      H.Wadati
    • 雑誌名

      J.Appl.Phys. 86

      ページ: 023901

  • [雑誌論文] Self-assembly ZnO nanorods by pulsed laser deposition under argon atmosphere2005

    • 著者名/発表者名
      S.Choopun
    • 雑誌名

      J.Ciyst.Growth 274

      ページ: 167-172

  • [雑誌論文] DNAナノテクノロジー/半導体トップダウン技術と自己組織化ボトムアップ技術の融合2005

    • 著者名/発表者名
      田畑 仁
    • 雑誌名

      表面技術 56(12)

      ページ: 892-896

  • [雑誌論文] バイオ関連材料のテラヘルツ分光2005

    • 著者名/発表者名
      田畑 仁
    • 雑誌名

      光学 34(9)

      ページ: 475-477

  • [雑誌論文] リラクサー強誘電体-バルク,薄膜,人工格子-2005

    • 著者名/発表者名
      田畑 仁
    • 雑誌名

      表面科学 26(4)

      ページ: 200-207

  • [雑誌論文] DNAと半導体 ナノテクノロジーと融合2005

    • 著者名/発表者名
      田畑 仁
    • 雑誌名

      Bio Clinica 20(1)

      ページ: 47-52

  • [図書] Ferroelectric Thin Films2005

    • 著者名/発表者名
      Hitoshi Tabata
    • 総ページ数
      248
    • 出版者
      Springer Verlag

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公開日: 2007-04-02   更新日: 2016-04-21  

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