| 研究課題/領域番号 |
16H02333
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
浜屋 宏平 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (90401281)
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| 研究分担者 |
大岩 顕 大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (10321902)
澤野 憲太郎 東京都市大学, 工学部, 教授 (90409376)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 電子・電気材料 / スピントロニクス |
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| 研究実績の概要 |
研究代表者が実証してきた「高性能ホイスラー合金薄膜」と「次世代半導体ゲルマニウム」の高品質接合作製技術をベースとし、ゲルマニウムへの光照射やゲート電圧印加状態におけるスピン信号の変調を試みる。具体的には、シリコンプラットフォーム上に作製した、各種スピンバルブ素子(縦型・横型・メタルチャネル型)などの中に、ゲルマニウムを光・電界変調層として組み込むことで、純スピン流伝導(拡散伝導)の(吸収)状態を制御し、電気的な測定によってとり出せる電圧(スピン信号)を外場を用いて変調する効果を観測する。この技術は、次世代純スピン流素子のための基盤技術の構築であり、スピントロニクス技術の応用の新たな道を開拓する。
これまでの研究で、高品質なホイスラー合金/Geヘテロ界面を介したスピン注入・検出技術を確立し、横型素子及び縦型素子において世界初の室温スピン伝導の観測を実証することに至っている。今年度は、スピン信号の増大を図るため、ホイスラー合金/ゲルマニウムヘテロ界面の品質改善と横型スピン素子における光照射実験を行った。Ge(111)上に膜厚の異なるホイスラー合金薄膜を形成し、磁気特性を評価したところ、界面におけるGeの拡散により1nm程度の磁気不活性層が形成されていることが判明した。そこで、この不活性層の改質を行うことで磁気特性が大幅に改善した。この試料への光照射測定系の構築と光照射用の素子構造をシリコン基板上へ作製する素子加工プロセスの確立し、横型スピン素子への光照射時のスピン信号の変調を試みた。1.5micron波長の光照射下での応答を測定した結果、微小ではあったがスピン信号強度の変化を観測した。また、ゲート電界制御素子に関しても、すでに素子加工プロセスが固まりつつあり、原理実証の直前である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
ホイスラー合金/Geヘテロ界面の品質改善による界面のスピン偏極率の改善、光照射測定系の構築と光照射用の素子構造を作製する素子加工プロセスを確立し、光照射実験を実施できた。光照射によるスピン信号の変調効果は小さかったが、課題の抽出はできた。したがって、おおむね順調に進展していると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
問題になった光照射時の光源パワー不足を解消するため、次年度に照射パワーの高い光源を導入し、高い変調効果の観測を目指し、素子構造の改善とともに効果の最大化を図る。また、ゲルマニウムチャネル層のキャリア濃度も一桁程度落としてスピン信号を観測し、光照射・電界印加の効果を高める予定である。電界印加に関しては横型素子構造を積極的に活用し、イオン液体を用いた簡易的な電界印加手法からゲート酸化膜を作製した電界印加の手法まで幅広く検証する。最終的に、スピン信号変調の有無や効率の良い変調手法に関する知見を得る予定である。
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