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2020 年度 実績報告書

量子伝導によるスピントランジスタの性能限界の打破

研究課題

研究課題/領域番号 18H01492
研究機関東京工業大学

研究代表者

PHAM NAM・HAI  東京工業大学, 工学院, 准教授 (50571717)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワードスピン / スピンバルブ / 量子電導
研究実績の概要

本研究では、磁性体の超高速不揮発性メモリを内蔵する高性能な量子伝導スピントランジスタを実現し、トランジスタと不揮発性メモリの間のレイテンシを実質的にゼロにすることができる。本研究のスピントランジスタはノーマリオフ論理回路やニューロチップなどの非ノイマン回路に応用でき、ディープランニングや人工知能などの次世代コンピューティングの基盤技術を提供する。今まではIV族半導体のチャネルを有するスピンバルブデバイスを中心に、スピン注入と検出に有効なFe/MgO/Ge/Si基板の積層構造の最適化を行った。MgOバリア厚さを系統的に変化させ、さらに、MgOとFeの間に薄いMg層を挿入することによってFeの不活性層を抑えた結果、世界最高(-3.6%)のスピンバルブ比およびスピン依存出力電圧(25 mV)を達成した。さらに、2020年に下記の研究成果を達成した。
1.III-V族半導体分子線エピタキシャル結晶成長法および極微細加工技術を用いて、MnGa垂直磁化膜からなるソースとドレインおよびIII-V半導体のGaAs量子井戸をチャネルとするナノスケールのスピンバルブ構造を作製し、世界最高性能の12%のスピンバルブ比および33 mVのスピン依存電圧出力を達成した。
2.Fe/トンネルバリア/Siのスピン注入構造において、トンネルバリアとしてのMgO(スパッタリングおよびMBE製膜)、MgAl2O4(スパッタリング製膜)およびAl2O3(ALD製膜)を評価し、MgO(スパッタリング製膜)が最適なトンネルバリアであることを見出した。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (3件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件) 学会発表 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Large magnetoresistance and spin-dependent output voltage in a lateral MnGa/GaAs/MnGa spin-valve device2020

    • 著者名/発表者名
      Koki Chonan, Nguyen Huynh Duy Khang, Masaaki Tanaka, and Pham Nam Hai
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 59 ページ: SGGI08

    • DOI

      10.7567/1347-4065/ab5b31

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Investigation of Tunneling Barriers for Si Spin-Valve Devices2021

    • 著者名/発表者名
      Jialiang Yu, Dinh Hiep Duong, Nam Hai Pham
    • 学会等名
      The 68th JSAP Spring meeting
  • [備考] 世界最高値のスピンバルブ比12%を達成

    • URL

      http://magn.pe.titech.ac.jp/lab/?p=1576

URL: 

公開日: 2021-12-27  

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