ホイスラー合金ソース・ドレイン構造を用いたSiチャネルを介した磁気抵抗効果

2012 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 22360002
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 応用物性・結晶工学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 手束 展規 東北大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (40323076)
• 研究分担者: 斉藤 好昭 株式会社東芝, 研究開発センター, 研究主幹 (80393859)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2012
• キーワード: スピントロニクス / スピン注入 / 半導体 / ホイスラー合金 / 磁気抵抗効果

研究概要

Si半導体への高効率スピン注入に関する知見を得た。スピン注入・検出を行う電極(ソース。ドレイン)に高スピン分極率を有するホイスラー合金を利用することで、高いスピン注入効率を得ることができた。これは、Si基板上に、MgO絶縁体、Co基ホイスラー合金を高配向で成膜できたことによる。また、CoFe電極を用いた素子の結果より、スピン蓄積効果とCoFeのバンド構造が、スピン注入効率に大きな影響を与えていることが明らかとなった。

研究成果

• [雑誌論文] Si 上に作製した Co_2FeAl_<0.5>Si_<0.5フルホイスラー合金薄膜の結晶構造とスピン伝 導特性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 吉田昌弘、小野寺学史、手束展規、杉本諭、斉藤好昭
  • 雑誌名: 日本金属学会誌 巻: Vol. 77, No. 3 ページ: 85-88
  • URL: http://www.jim.or.jp/journal/j/
  • 査読あり
• [雑誌論文] Si 基板上への(001)配向 MgO 薄膜の作製 (2013)
  • 著者名/発表者名: 小野寺学史、吉田昌弘、手束展規、杉本 諭、斉藤好昭
  • 雑誌名: 日本金属学会誌 巻: Vol. 77, No. 3 ページ: 89-93
  • URL: http://www.jim.or.jp/journal/j/
  • 査読あり
• [雑誌論文] Non-local and Local Spin Signals in a Lateral Spin Transport Device with Schottky Tunnel Junctions (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Saito, N. Tezuka, M. Matsuura and S. Sugimoto
  • 雑誌名: IEEE Trans.Magn 巻: 40(7)
  • URL: http://ieeexplore.ieee.org/xpl/RecentIssue.jsp?punumber=20)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin-based MOSFETs for logic and memory applications and spin accumulation signals in CoFe/tunnel barrier/SOI devices (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Saito, M. Ishikawa, T. Inokuchi, H. Sugiyama, T. Tanamoto, K. Hamaya, N. Tezuka
  • 雑誌名: IEEE Tran. Magn 巻: 48(11) ページ: 2739-2745
  • URL: http://ieeexplore.ieee.org/xpl/RecentIssue.jsp?punumber=20
  • 査読あり
• [雑誌論文] New materials research for high spin polarized current (2012)
  • 著者名/発表者名: N. Tezuka, J. Magn
  • 雑誌名: Magn. Mat 巻: 324 ページ: 3588-3592
  • URL: http://www.sciencedirect.com/science/journal/03048853
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tunnel magnetoresistance effect in magnetic tunnel junctions with epitaxial Co_2FeAl_<0.5>Si_<0.5> Heusler electrodes on MgO (110) single substrates (2012)
  • 著者名/発表者名: N. Tezuka, F. Mitsuhashi, and S. Sugimoto
  • 雑誌名: J. Appl. Phys 巻: 111 ページ: 07C718
  • URL: http://jap.aip.org/
  • 査読あり
• [雑誌論文] Temperature and Bias Voltage Dependencies of Spin Injection Signals for Co_2FeAl_<0.5>Si_<0.5>/n-GaAs Schottky Tunnel Junction (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Saito, N. Tezuka, S. Sugimoto
  • 雑誌名: MATERIALS TRANSACTIONS 巻: 53 ページ: 641-644
  • URL: http://www.jim.or.jp/journal/e/
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin injection and detection between CoFe/AlOx junctions and SOI investigated by Hanle effect measurements (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Inokuchi, M. Ishikawa, H. Sugiyama, Y. Saito, and N. Tezuka
  • 雑誌名: J. Appl. Phys 巻: 111 ページ: 07C316
  • URL: http://jap.aip.org/
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural and Magnetic Properties ofCo_2FeAl_<0.5>Si_<0.5> Full-Heusler Alloy Thin Films Deposited on Si Substrates by Molecular Beam Epitaxy (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Saito, K. Kano, N. Tezuka, S.Sugimoto
  • 雑誌名: JOURNAL OF THE JAPAN INSTITUTE OF METALS 巻: 75 ページ: 141-145
  • URL: http://jim.or.jp/PUBS/thesis_j/j_in dex.html
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin-based MOSFET and Its Applications (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Saito, T. Inokuchi, M. Ishikawa, H. Sugiyama, T. Marukame, and T. Tanamoto
  • 雑誌名: Journal of The Electrochemical Society 巻: 158(10) ページ: H1068-H1076
  • URL: http://jes.ecsdl.org/
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin injection and detection between CoFe/AlOx junctions and SOI investigates by Hanle effect measurements (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Inokuchi, M. Ishikawa, H. Sugiyama, Y. Saito, N. Tezuka
  • 雑誌名: J. Appl. Phys 巻: 111 ページ: 07C316-1-3
  • URL: http://jap.aip.org/
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin-based MOSFETの現状と展望 (2011)
  • 著者名/発表者名: 斉藤好昭
  • 雑誌名: まぐね/MagneticsJpn. 巻: Vol6,No.1 ページ: 16-22
  • URL: http://www.magnetics.jp/journal/magne.html
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin Injection, Transport, and Read/Write Operation in Spin-based MOSFET (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Saito, T. Marukame, M. Ishikawa, T. Inokuchi, H. Sugiyama, T. Tanamoto
  • 雑誌名: Thin Solid Films 巻: 519 ページ: 8266-8273
  • URL: http://www.magnetics.jp/journal/magne.html
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrical Transport Properties and Spin Injection in Co_2FeAl_<0.5>Si_<0.5>/GaAs Junctions (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Saito, N. Tezuka, S. Sugimoto
  • 雑誌名: IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS 巻: 47 ページ: 2447-2450
  • URL: http://ieeexplore.ieee.org/xpl/Rece ntIssue.jsp?punumber=20
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetoresistance effect of tunnel junctions using Co_2(Ti, Mn)Z (Z = Al, Si) Heusler alloys (2011)
  • 著者名/発表者名: A. Sasaki, N. Tezuka, L. Jiang, S. Sugimoto
  • 雑誌名: J. Appl. Phys 巻: 109 ページ: 07C736
  • URL: http://jap.aip.org/
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural and Magnetic Properties of Co_2FeAl_<0.5>Si_<0.5> Full-Heusler Alloy Thin Films on GaAs Substrates (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Saito, N. Tezuka, S.
  • 雑誌名: MATERIALS TRANSACTIONS 巻: 52 ページ: 370-373
  • URL: http://www.jim.or.jp/journal/e/
  • 査読あり
• [学会発表] 3端子Hanle信号のバイアス電圧依存性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 石川瑞恵、杉山英行、井口智明、棚本哲史、浜屋宏平、手束展規、斉藤好昭
  • 学会等名: 第60回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学
  • 年月日: 2013-03-28
• [学会発表] 高スピン分極率材料を用いた磁気抵抗効果 (2013)
  • 著者名/発表者名: 手束展
  • 学会等名: 日本金属学会2013年春期講演大会
  • 発表場所: 東京理科大学
  • 年月日: 2013-03-28
• [学会発表] Si/MgO/ Co_2Feal_<0.5>Si_<0.5>構造の結晶構造および電気伝導特性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 小野寺学史、吉田昌弘、手束展規、松浦昌志、杉本諭、斉藤好昭
  • 学会等名: 日本金属学会2013年春期講演大会
  • 発表場所: 東京理科大学
  • 年月日: 2013-03-28
• [学会発表] Co_2Feal_<0.5>Si_<0.5>電極の構造規則度とn-GaAsへのスピン注入・検出効率 (2013)
  • 著者名/発表者名: 斎藤達哉、手束展規、松浦昌志、杉本諭
  • 学会等名: 日本金属学会2013年春期(152回)大会
  • 発表場所: 東京理科大学
  • 年月日: 2013-03-28
• [学会発表] Non-local and Local Signals in lateral spin transport device with Co_2Feal_<0.5>Si_<0.5>/GaAs Junctions (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Saito, N. Tezuka, M. Matsuura and S. Sugimoto
  • 学会等名: Japan-Russia Workshop on Advanced Materials Synthesis Process and Nanostructure
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 年月日: 2013-03-03
• [学会発表] Spin accumulation in Si for CoFe/MgO/Mg/Si-on-insulator devices (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Sugiyama, M. Ishikawa, T. Inokuchi, H. T. Tanamoto, K. Hamaya, Y. Saito, N. Tezuka
  • 学会等名: Joint MMM/Intermag Conference
  • 発表場所: Chicago, USA
  • 年月日: 2013-01-25
• [学会発表] Non-local and Local Signals for Co_2Feal_<0.5>Si_<0.5>/n-GaAs Junctions (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Saito, N. Tezuka, M. Matsuura and S. Sugimoto
  • 学会等名: 12th Joint MMM/ Intermag Conference
  • 発表場所: Chicago, USA.
  • 年月日: 2013-01-15
• [学会発表] Asymmetric bias voltage dependence in spin accumulation signals observed by the three-terminal Hanle measurements for CoFe/MgO/SOI devices (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Ishikawa, T. Inokuchi, H. Sugiyama, T. Tanamoto, K. Hamaya, N. Tezuka, Y. Saito
  • 学会等名: International conference on Solid State Devices and Materials (SSDM)
  • 発表場所: Kyoto, JAPAN
  • 年月日: 2012-09-27
• [学会発表] 8.Co_2Feal_<0.5>Si_<0.5>/n-GaAs接合における非局所4端子測定シグナルのCo_2Feal_<0.5>Si_<0.5>成膜温度依存性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 斎藤達哉、手束展規、杉本諭
  • 学会等名: 日本金属学会2012年秋期(151回)大会
  • 発表場所: 愛媛大学
  • 年月日: 2012-09-18
• [学会発表] Si上に作製したCo_2Feal_<0.5>Si_<0.5>フルホイスラー合金薄膜の結晶構造および電気伝導特性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 吉田昌弘、小野寺学史、手束展規、杉本諭、斉藤好昭
  • 学会等名: 日本金属学会2012年秋期(151回)大会
  • 発表場所: 愛媛大学
  • 年月日: 2012-09-18
• [学会発表] Si基板上への(001)配向MgO薄膜の作製 (2012)
  • 著者名/発表者名: 小野寺学史、吉田昌弘、手束展規、杉本諭、斉藤好昭
  • 学会等名: 日本金属学会2012年秋期(151回)大会
  • 発表場所: 愛媛大学
  • 年月日: 2012-09-17
• [学会発表] Fabricating Temperature Dependency of Spin Injection Signals for Co_2Feal_<0.5>Si_<0.5> / n-GaAs Schottky Tunnel Junctions (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Saito, N. Tezuka and S. Sugimoto
  • 学会等名: 2012 International Magnetics Conference
  • 発表場所: Vancouver, Canada
  • 年月日: 2012-05-10
• [学会発表] Spin-based MOSFETs for logic and memory applications and spin accumulation signals in CoFe/tunnel barrier/SOI devices (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Saito, M. Ishikawa, T. Inokuchi, H. Sugiyama, T. Tanamoto, N. Tezuka
  • 学会等名: [Invited], IEEE International magnetic conference2012 (Intermag 2012)
  • 発表場所: Vancouver, Canada
  • 年月日: 2012-05-08
• [学会発表] CoFe/AlOx/Siにおけるスピン依存伝導特性の評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 井口智明、石川瑞恵、杉山英行、斉藤好昭、手束展規
  • 学会等名: 第59回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2012-03-17
• [学会発表] Spin injection and detection between CoFe/AlOx junctions and SOI investigates by Hanle effect measurements (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Inokuchi, M. Ishikawa, H. Sugiyama, Y. Saito, N. Tezuka
  • 学会等名: 56th Annual Conference on Magnetism & Magnetic Materials
  • 発表場所: Phoenix, USA
  • 年月日: 2011-11-03
• [学会発表] New Materials Research for High Spin Polarization (2011)
  • 著者名/発表者名: N. Tezuka
  • 学会等名: [Invited], Moscow International Symposium on Magnetism 2011, Moscow State University
  • 発表場所: Moscow, Russia
  • 年月日: 2011-08-22
• [学会発表] Spin-based MOSFET and Its Applications (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Saito, T. Inokuchi, M. Ishikawa, H. Sugiyama, T. Marukame, T. Tanamoto
  • 学会等名: [Invited], Semiconductor Technology for Ultra Large Scale Integrated Circuits and Thin Film Transistor III (ULSI vs. TFT 3)
  • 発表場所: Hong Kong, China
  • 年月日: 2011-07-01
• [学会発表] Spin-based MOSFET: a promising candidate for beyond CMOS device using nanotechnology (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Saito, T. Inokuchi, M. Ishikawa, H. Sugiyama, T. Tanamoto
  • 学会等名: [Invited], The Seventh International Nanotechnology Conference on Communication and Cooperation (INC7)
  • 発表場所: The College of Nanoscale Science and Engineering (CNSE), Albany, New York, USA
  • 年月日: 2011-05-15
• [学会発表] Spin injection, Transport, and Read/Write operation in spin-based MOSFET (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Saito, T. Marukame, M. Ishikawa, T. Inokuchi, H. Sugiyama, T. Tanamoto
  • 学会等名: [Invited], International Conference of Asian Union of Magnetics Societies (AUMS)
  • 発表場所: Jeju island, Korea
  • 年月日: 20101205-08
• [学会発表] スピンMOSFETの取り組み現状と最新動向 (2010)
  • 著者名/発表者名: 斉藤 好昭
  • 学会等名: 未踏・ナノデバイステクノロジー第151委員会とシリコン超集積化システム第165委員会の合同研究会
  • 発表場所: 京都、日本
  • 年月日: 20101029-30
• [学会発表] Read/Write operation of spin-based MOSFET and the related phenomena (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Saito, T. Marukame, M. Ishikawa, T. Inokuchi, H. Sugiyama
  • 学会等名: [Invited], The 6th International ConfereSnce on the Physics and Applications of Spin Related Phenomena in Semiconductors (PASPS-VI)
  • 発表場所: University of Tokyo, Japan
  • 年月日: 20100801-04
• [産業財産権] 高速スピンMOSFET (2012)
  • 発明者名: 斉藤好昭,杉山英行,井口智明,石川瑞
  • 権利者名: 株式会社 東芝
  • 産業財産権番号: 特許知財権、特願2012‐237600
  • 出願年月日: 2012-10-29
  • 外国