放射光光電子分光を用いた磁性体 半導体ナノ構造の電子構造解析

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今年度は以下の成果を挙げることができた。1.MnAs磁性ナノ構造の電子構造解析閃亜鉛鉱型MnAsは安定なNiAs型MnAsと異なり、多機能性を備えた次世代スピンエレクトロニクス材料として注目を集めている。本研究において、MnAsナノ構造において、閃亜鉛鉱型結晶構造を実現し、多機能性を検証する目的で、様々な形状のナノ構造を作製した。中でも強磁性半導体(Ga, Mn)Asを高温加熱することで、結晶中に析出したMnAsナノクラスターについてX線吸収分光による電子構造解明、内殻磁気円二色性による磁気的性質の解明を行ない、投稿論文にまとめた。6配位NiAs型MnAsクラスターを形成し、電子構造においても閃亜鉛型構造とは異なることを示した。磁気的性質は、クラスター間の相互作用が無く、超常磁性を示すことがわかった。本研究内容は、Applied Physics Lettersに掲載された。2.高誘電率材料のバンド構造の決定と、加熱による金属クラスター析出に伴う電子構造の解析Si上に成長したZrO2,HfO2半導体超構造はトランジスタの電流リークを抑える高誘電率材料として絶縁膜技術に重要な役割を果たしている。これらの半導体超構造の界面化学結合状態を含めたバンドダイアグラムを放射光軟X線を用いた光電子分光、X線吸収分光を用いて決定した。また、加熱温度依存性を詳細に調べることにより、界面層の膜厚制御法を発明し、集積トランジスタの耐熱性、電流リーク過程についての知見を得た。結果は、特許出願を検討し、まとめている。3.ワイドギャップ半導体ZnO中での遷移金属イオンの電子構造解析酸化物次世代エレクトロニクスとして注目を集めている半導体ZnOに遷移金属をドープした磁性半導体の電子構造を調べるために、x線吸収分光を行なった。また、スペクトルの解析にクラスターモデル計算を実施し、交換相互作用の大きさを定量的に見積もり、ホールをドープすることで強磁性に転移する可能性があることを示した。結果はJournal of Applied Physicsに掲載される。以上のように、放射光を用いた電子分光により磁性体・半導体超構造の電子構造を解明できた。