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2014 年度 実績報告書

次世代シリコンデバイス機能創出のためのドーパントの多様化

研究課題

研究課題/領域番号 24246017
研究機関独立行政法人物質・材料研究機構

研究代表者

三木 一司  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 高分子材料ユニット, グループリーダー (30354335)

研究分担者 深津 晋  東京大学, 総合文化研究科, 教授 (60199164)
研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2016-03-31
キーワードドーパント / エピタキシャル成長 / レーザアニール / ナノ構造
研究実績の概要

最終年度は、スピントロニクス用途に向けたビスマス原子のドーピング機構の解明、マンガン元素を新たなドーパントとして探索する事に成功した。何れもスピンを利用した次世代デバイスに有望な結果である。以下が概略である。現在3本の論文を投稿する準備を行っている。
(1) 局所電子状態導入:蛍光EXAF測定より、Bi原子細線が常温でのシリコン成長でも約半分が破壊されて、ビスマス原子がシリコン結晶の置換位置(ドーピングされている状態)に配置されていること、更に400℃ではほぼ完全に置換位置に配置されていることが、EXAFS測定より明らかになった。対応する内容を電気的評価法により確かめた結果、常温でビスマス原子細線を埋め込み、更に400-600℃の温度でアニール処理を行うとビスマス原子がn型ドーパントになっている事が確認できた。
(2) 新規ドーパントの探索:シリコン結晶上にMn細線構造を形成し、その後、埋め込み層がシリコン層とゲルマニウム層の2種類の試料を作製した。この2種類の試料を、スプリング8のアンジュレータ利用のEXAFSビームライン(BL37XU)を用いて、蛍光EXAFS評価を行った。両者の評価結果を比較すると、常温で埋め込み層を形成した状態で、Mn原子はシリコン結晶の置換位置にあり、下地結晶との結合方向と上部埋め込み層との結合方向が直交していることが明らかになった。マンガン原子は常温での埋め込みであれば、スピントロニクス用途のドーパントになる事を意味している。
(3) 局所電子状態を利用したスピントロニクスデバイス評価:マンガン原子鎖状構造をシリコン結晶上に形成し、常温でゲルマニウム層で埋め込んだ試料を、ホールバー状に微細加工して、強磁場下でホール測定を行った。まだ注意深い検討が必要であるが、磁場異常ホール効果と考えられる測定結果を得ることができた。

現在までの達成度 (段落)

27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

27年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2016 2015 2014 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 3件、 招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] ユニバーシティ カレッジ ロンドン(英国)

    • 国名
      英国
    • 外国機関名
      ユニバーシティ カレッジ ロンドン
  • [学会発表] Fluorescence XAFS investigation on Bi wire-delta-doping into Si crystal2016

    • 著者名/発表者名
      Kazushi Miki, Koichi Murata, Kiyofumi Nitta, Tomoya Uruga, and Yasuko Terada
    • 学会等名
      Symposium on Surface and Nano Science 2016 (SSNS’16)
    • 発表場所
      富良野市
    • 年月日
      2016-01-15
    • 国際学会
  • [学会発表] 222.Bi wire-delta-doping into Si crystal,investigated with wavelength dispersive fuorescence XAFS2015

    • 著者名/発表者名
      Kazushi Miki, Koichi Murata, Kiyofumi Nitta, Tomoya Uruga, and Yasuko Terada
    • 学会等名
      Atomic Level Characterization symposium 2015 (ALC'15)
    • 発表場所
      島根市
    • 年月日
      2015-11-28
    • 国際学会
  • [学会発表] Electronic structure of Si(110)-(16×2) Surface2015

    • 著者名/発表者名
      Kazushi Miki, and Martin Setvin
    • 学会等名
      1st Asia-Pacific Symposium on Solid Surfaces (APSSS-1)
    • 発表場所
      ウラジオストック、ロシア
    • 年月日
      2015-09-30
    • 国際学会
  • [学会発表] IV族半導体へのMnδドーピング : 界面ナノ構造の利用2015

    • 著者名/発表者名
      村田 晃一,三木一司,新田 清文, 金澤 孝, 坪松 悟史, 日塔 光一, 坂田 修身, 寺田 靖子,宇留賀 朋哉
    • 学会等名
      第62回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      平塚市
    • 年月日
      2015-03-13
  • [学会発表] Bi 原子細線をドーパント源とするSi 結晶中のBi δドーピング法:キャリア輸送特性評価2015

    • 著者名/発表者名
      三木 一司,金澤 孝,村田 晃一, 日塔 光一
    • 学会等名
      第62回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      平塚市
    • 年月日
      2015-03-13
  • [学会発表] STM Observation on Si(110)-(16×2) Surface2015

    • 著者名/発表者名
      Kazushi Miki, and Martin Setvin
    • 学会等名
      Symposium on Surface and Nano Science 2015 (SSNS’15)
    • 発表場所
      富良野市
    • 年月日
      2015-01-17
  • [学会発表] ビスマス原子細線の3Dイメージング:Si(001)表面構造から Si 結晶中ドーパント源としての埋め込み構造まで2014

    • 著者名/発表者名
      三木 一司
    • 学会等名
      第一回「3D活性サイト科学」公開ワークショップ(主催:新学術領域研究「3D活性サイト科学」、SPring-8ユーザー協同体表面界面研究会、同薄膜ナノ構造研究会、同原子分解能ホログラフィー研究会等)
    • 発表場所
      大阪府
    • 年月日
      2014-11-21
    • 招待講演
  • [学会発表] ナノスケールの光を使った機能性材料2014

    • 著者名/発表者名
      三木 一司
    • 学会等名
      防衛大学校機能材料工学科4年生向け課外講演
    • 発表場所
      横須賀市
    • 年月日
      2014-10-21
    • 招待講演
  • [学会発表] 界面ナノ構造を利用したIV族半導体へのMn δドーピング2014

    • 著者名/発表者名
      三木一司,村田 晃一,新田 清文, 坪松 悟史, 金澤 孝, 坂田 修身, 寺田 靖子,宇留賀 朋哉
    • 学会等名
      応用物理学会2014秋季講演会
    • 発表場所
      札幌市
    • 年月日
      2014-09-20
  • [学会発表] Bi 原子細線をドーパント源とするSi 結晶中のBiδドーピング法:アニール温度の再考2014

    • 著者名/発表者名
      金澤 孝,村田 晃一, 日塔 光一, 三木 一司
    • 学会等名
      応用物理学会2014秋季講演会
    • 発表場所
      札幌市
    • 年月日
      2014-09-18
  • [学会発表] Bi 原子細線をドーパント源とするSi 結晶中のBiδドーピング法: EXAFSによるドーピング機構解明2014

    • 著者名/発表者名
      村田晃一,新田清文, 宇留賀朋哉, 寺田靖子, 日塔光一, 坂田修身, 三木一司
    • 学会等名
      応用物理学会2014秋季講演会
    • 発表場所
      札幌市
    • 年月日
      2014-09-18
  • [備考] 国立研究開発法人物質・材料研究機構 半導体ナノ界面グループ ホームページ

    • URL

      http://www.nims.go.jp/nanoarchi_gr/

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公開日: 2017-01-06  

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