シリコンスピントランジスタの高性能化に関する研究

硅自旋晶体管性能提升研究

• 批准号: 20J22776
• 负责人: 山下 尚人
• 金额: $ 1.98万
• 依托单位: Kyushu University (2021)Kyoto University (2020)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J22776/
• 关键词: スピントロニクス; スピントランジスタ

スピントランジスタは磁気メモリの情報不揮発性と金属ー酸化物ー半導体電界効果トランジスタの高速動作を組み合わせることにより低消費電力・組み換え可能回路への応用が期待される新規デバイスであり、室温動作が報告されている。実用化に向けてスピンに依存した信号が小さいというボトルネックの解消のため鋭意研究が続けられている。従来のプレーナー型トランジスタと異なるが、磁気メモリと類似の縦型構造を用いることにより、スピン依存の信号を大きくできることが知られている。一方で、縦型構造ではゲート電圧による制御性が低下するという背反がある。本年度はまず、縦型も含めた包括的なベンチマーキングを行い、この背反を定量的に示した。その上で、スピントランジスタ高性能化に向けた界面物性の研究に引き続き取り組み、アウトプットとしての学会発表、論文発表等を行った。さらに、背反する二つの性能を包括的に評価するため、性能指標を初めて定義して提案した。スピントランジスタの性能指標に基づき、要素技術の開発目標と照らし合わせて検討した。界面抵抗の低減が重要であることを見出し、これを実現するための技術開発に注力した。半導体の不純物密度を抑制しつつ界面抵抗を低減するという半導体工学の固定観念を脱する材料開発が重要であることを解明し、この技術課題解決のため実験的研究に取り組んだ。予想外のトラブルが多発する中、機動的な材料探索により求められる性能を満たす材料の開発に成功した。以上より、シリコンスピントランジスタの実用化に向けて、求められる性能指標を満足するための要素技術を確立した。

ス ピ ン ト ラ ン ジ ス タ は magnetic 気 メ モ リ の intelligence not wield 発 sex と metal ー acidification content ー electric semiconductor industry working fruit ト ラ ン ジ ス タ の high-speed movement を group み close わ せ る こ と に よ り may change, low power consumption group み え loop へ の 応 with が expect さ れ る new rules デ バ イ ス で あ り, room temperature action が report さ れ て い る. Be to け in turn に て ス ピ ン に dependent し た small signal が さ い と い う ボ ト ル ネ ッ ク の null の た め keen research が 続 け ら れ て い る. Type 従 to の プ レ ー ナ ー ト ラ ン ジ ス タ と different な る が, magnetic 気 メ モ リ と similar の 縦 type structure を with い る こ と に よ り, ス ピ ン dependent の signal を big き く で き る こ と が know ら れ て い る. Party で, 縦 type structure で は ゲ ー ト electric 圧 に よ る system royal sex low が す る と い う back against が あ る. This year は ま ず, type 縦 も め た including な ベ ン チ マ ー キ ン グ を い, こ の back against を quantitative に shown し た. そ の で, ス ピ ン ト ラ ン ジ ス タ high performance-based に け た interface property の research に lead き 続 き み り group, ア ウ ト プ ッ ト と し て の learn 発 table line, such as paper 発 table を っ た. さ ら に, back against す る two つ に の を including performance reviews 価 す る た め performance index, early を め て definition し て proposal し た. ス ピ ン ト ラ ン ジ ス タ の performance indicators に base づ き, element technology の 発 target と according ら し close わ せ て beg し 検 た. Interface resistance <s:1> reduction が is important である とを とを とを is found to be <s:1>, <s:1> れを is realized to be するため, <s:1> technology development に is focused on た. Semiconductor の impurity content density を inhibit し つ つ interface を low resistance reduction す る と い う semiconductor technology の fixed 観 read を す off る materials open 発 が important で あ る こ と を interpret し, こ の technology subject to solve の た め be 験 research group take り に ん だ. More than to think outside の ト ラ ブ ル が 発 す る, mobile な materials in exploring に よ り o め ら れ る を performance against た す material の open 発 に successful し た. Above よ り, シ リ コ ン ス ピ ン ト ラ ン ジ ス タ の be to け in turn に て, め ら れ る performance indicators を against foot す る た め の elements technology を established し た.

项目成果

Enhancement of spin signals by thermal annealing in silicon-based lateral spin valves

通过硅基横向自旋阀中的热退火增强自旋信号

• DOI: 10.1063/5.0022160
• 发表时间: 2020
• 期刊: AIP Advances
• 影响因子: 1.6
• 作者: Yamashita N.;Lee S.;Ohshima R.;Shigematsu E.;Koike H.;Suzuki Y.;Miwa S.;Goto M.;Ando Y.;Shiraishi M.
• 通讯作者: Shiraishi M.

強磁性材料と半導体材料との接合構造および半導体スピン素子

铁磁材料与半导体材料的结结构及半导体自旋器件

• 发表时间: 2022

Ohmic contact on n-type Si using an Iron-based alloy

使用铁基合金在 n 型硅上进行欧姆接触

• 发表时间: 2022
• 作者: N. Yamashita;E. Shigematsu;S. Honda;R. Ohshima;M. Shiraishi and Y. Ando
• 通讯作者: M. Shiraishi and Y. Ando

Large Modulation of the Fermi Energy in an Iron-Based Alloy

铁基合金中费米能的大调制

• 发表时间: 2021
• 作者: N. Yamashita;E. Shigematsu;S. Honda;R. Ohshima;M. Shiraishi and Y. Ando
• 通讯作者: M. Shiraishi and Y. Ando