2015 Fiscal Year Research-status Report
狭ギャップ半導体の電子物性とスピン物性の基礎研究と工学的応用の検討
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15K06000
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| Research Institution | Fukuoka University |
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Principal Investigator |
眞砂 卓史 福岡大学, 理学部, 教授 (50358058)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
柴崎 一郎 公益財団法人野口研究所, 顧問 (10557250)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 磁気センサ / 量子井戸 / スピン注入 / スピン波 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
InSbとInAsSbのバンドダイアグラムの計算結果とこれまで得られていた実験データに基づいて考察を進め、抵抗やキャリア密度の温度依存性・密度依存性について論文をまとめた。本論文では、抵抗の温度依存性はInSb、InAsSbの量子井戸構造に起因しており、キャリア密度の測定結果とシミュレーションによる予測結果の一致から、両者の相違の原因を明らかにした。また移動度の改善についても、界面に存在する荷電欠陥を補償することによって散乱を抑えられるとの考察を行い、ドーピングやバンドダイアグラムの制御で移動度も改善できることを示した。
ホールセンサとしての微弱磁気計測の準備として、小型電磁石の作製、磁気シールドした実験系の構築を行い、微小磁場の予備計測を開始した。温度安定性を重視したGaAs素子（比較的感度は低い）について、地磁気レベル以下の測定が可能であることを確認することができた。来年度はさらに高感度が期待できるInAs, InSbホール素子の評価を進める。
スピン注入技術においては、本研究室における非局所測定素子の作製条件を確立する実験を進めた。金属系で電流によるスピン注入で非局所測定が可能な素子を作製することができ、得られたスピン信号の大きさも妥当であった。しかしながら歩留まりがまだ悪く、系統的な実験結果を得るためには、さらなる最適化が必要である。使用レジストの検討、最適ドーズやリフトオフ時のプロセス改善などに取り組んでいる。
スピンポンピングに関連して行っているスピン波の伝搬実験においては、励起アンテナとスピン波伝搬層の間の絶縁層の膜厚を変えることによってその距離を変化させ、スピン波伝搬の非相反性を制御する試みを行い、変化させることに成功した。現在、マイクロマグネティックシミュレーションを用いて、定量的な比較と非相反性の制御性について検討中である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ナノテスラレベルの微小磁気測定に向けて、実験装置の立ち上げを順調に進めることができた。具体的には、作製した微小電磁石の校正を行い、測定系の磁気シールドセットアップ、そして予備測定として、GaAsホール素子の評価を進めることができた。地磁気以下の測定においても、十分な低ノイズレベルで測定できることが確認でき、さらなる微小磁場測定に向けて、測定精度改善とノイズ低減を検討する。さらに、室温付近から150度付近までのセンサーの温度特性を測定するための小型チャンバを入手し、そのセットアップも進めている。次年度は様々なホール素子の特性評価を進められるとともに、システムとしてのセンサー駆動法最適化等にも着手できると考えられる。
スピンポンピングに関するスピン波励起実験に関しては、スピン波素子の構造制御により、非相反性を制御できることを見いだした。磁性体膜厚を増加させると伝搬速度が速くなる一方、ダンピングが増加しているような振る舞いがみられるため、この起源についての解明を進める。
スピン注入に関する微細加工技術の最適化に関しては、本研究室の電子線描画装置や電子線蒸着装置を用いて、歩留まりはまだ悪いものの測定可能な素子を作製することまでできるようになった。作製条件の改善は進んでおり、最適化まであと一歩である。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は、ホール素子を用いた弱磁場計測に向けて、微小磁場測定特性、室温付近における温度特性を進め、さらに駆動法の改良（オフセットキャンセルや交流もしくはデルタ駆動など）を検討する。また、非接触微小電流測定にむけて、フェライトコアをもちいた微小電流測定にも着手する。
スピン注入に関しては、まずは微細加工条件の最適化を進め、金属中でのスピンポンピングによるスピン注入とその非局所測定を実現させる予定である。現在の問題は、電子線蒸着装置による蒸着後にリフトオフがうまくいかないことである。このため、電子線蒸着に強いレジストの使用や、ダブルレイヤーを用いたリフトオフ法の検討を進める。現在検討しているレジストについては、すでに手配を開始している。
スピン波に関しても現在の課題は、導電性の影響を明らかにすることと、非相反性の制御である。このため、スピン波伝搬層の上下に他の金属を挿入したり、アンテナとの距離を変化させるなどの素子構造を工夫し、系統的な情報が得られるように検討を進める。
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| Causes of Carryover |
本年度、微小磁場測定用ホール素子測定装置のPCを導入する予定であったが、スペック選定期間および残額や納期の関係で発注まで至らなかった。このため、次年度予算と合わせて発注を行う予定である。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
微小磁場測定用ホール素子測定装置のPCを導入予定
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