Innovative metal/semiconductor-hybrid spintronic devices for nano-scale memory

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代表者、分担者は各々独自の磁性材料ならびに半導体材料を用いた研究を進めつつ、融合研究を本格化した。代表者は、正方晶Mn合金(001)面を電極としMgO(001)面をスペーサーとする垂直磁化素子において、放射光分析等最先端計測手法も駆使することで界面層構造の最適化を進め、室温で120%の磁気抵抗比を示す素子の開発を達成し論文発表した。当該素子は低温で300%に迫る磁気抵抗比を示しており酸化物半導体スペーサーを有する素子開発へ向けた準備が整った。また正方晶Mn合金と窒化物半導体スペーサーを組み合わせた素子研究を進め、スペーサーの構造パラメータとそれに接する正方晶Mn合金の磁気特性の関係について知見を得た。これらの研究の過程で、メモリ応用に向けて重要となる結晶成長技術を見出した。研究を加速するために窒素・酸素雰囲気の制御性を高めつつ安定した製膜を可能とする製膜装置改造を行った。ウルツ鉱型ワイドギャップ半導体の(0001)面を用いた素子と組み合わせて用いるため、六方晶Mn強磁性合金ならびに、六方晶フェリ磁性合金材料の研究を進めた。これら新磁性材料においてメモリ応用上必須となる低ダンピング定数の特性評価を進めるため、レーザー装置を導入し高精度計測の整備を進めた。また、分担者の開発するIV族半導体スペーサーを有する素子に代表者の開発する新磁性体薄膜を積層するため、試料表面を清浄化するイオンガンを備えたチャンバーを導入し整備を進めた。分担者は、高精度な薄膜成長を実現するために、MBE用のビームフラックスモニタ等を導入し整備した。代表者の作製した正方晶Mn合金薄膜(001)面上にIV族半導体薄膜成長を検討する過程で、ミスマッチが大きいながらもGe(001)面がエピタキシャル成長することを偶然見出し、MnGa/Ge(001)面を有する縦型の磁気抵抗素子の作製に成功し学会報告した。また、Sn添加Ge薄膜の作製条件を探索した。