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

使用同步辐射光电子能谱分析磁性半导体纳米结构的电子结构

• 批准号: 02J06962
• 负责人: 岡林 潤
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-02J06962/
• 关键词: 光電子分光; X線吸収分光; 磁性体ナノ構造; 半導体ナノ構造; 分子線エピタキシー

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。

This year's results are as follows: 1. Analysis of the electronic structure of MnAs magnetic structure: lead type MnAs is stable, NiAs type MnAs is different, multifunctional, and ready for the next generation. In this study, the structure of MnAs was studied, and the crystal structure of MnAs was realized. The purpose of this study was to demonstrate the versatility of MnAs. Ferromagnetic semiconductor (Ga, Mn)As in the medium is heated at high temperature. MnAs precipitates in the crystal. X-ray absorption spectroscopy is used to explain the electronic structure. The properties of magnetic field in the inner shell are explained. 6-coordinated NiAs-type MnAs have been formed and their electronic structures have been shown to be different. The magnetic properties of the magnetic field, the interaction between the magnetic field and the magnetic field, and the extraordinary magnetic field. This study was published in Applied Physics Letters. 2. Determination of the structure of high permittivity materials, heating, precipitation of metal particles, growth of electron structures on Si, ZrO2, HfO2 semiconductor superstructures, current suppression, high permittivity materials and insulating film technology The interface chemical bonding state of the semiconductor superstructure is determined by the use of photoelectron spectroscopy and X-ray absorption spectroscopy. The temperature dependence of the heating temperature is adjusted in detail, the film thickness control method of the interface layer is disclosed, the heat resistance of the accumulation temperature is disclosed, and the current separation process is disclosed. As a result, he was granted permission to discuss the matter. 3. The electronic structure of the semiconductor ZnO is analyzed by the next generation of acid compounds. The electronic structure of the semiconductor ZnO is adjusted by the X-ray absorption spectroscopy. The possibility of ferromagnetic shift is demonstrated by the quantitative analysis and calculation of the exchange interaction. The results were published in Journal of Applied Physics. The electronic structure of the magnetic and semiconductor superstructures can be explained by the electron spectroscopy.

项目成果

J.Okabayashi: "Electronic and magnetic properties of MnAs nanoclusters studied by x-ray absorption spectroscopy and x-ray magnetic circular dichroism"Applied Physics Letters. 83. 5485 (2003)

J.Okabayashi：“通过X射线吸收光谱和X射线磁圆二色性研究MnAs纳米团簇的电子和磁性”应用物理快报。

J.Okabayashi: "Electronic structure of In1-xMnxAs studied by photoemission spectroscopy : Comparison with Ga1-xMnxAs"Physical Review B. 65. 161203 (2002)

J.Okabayashi：“通过光电子能谱研究的 In1-xMnxAs 的电子结构：与 Ga1-xMnxAs 的比较”Physical Review B. 65. 161203 (2002)

J.Okabayashi: "X-ray absorption spectroscopy of diluted magnetic semiconductor Zn1-xMxO"Journal of Applied Physics. 95. 132406 (2004)

J.Okabayashi：“稀释磁性半导体Zn1-xMxO的X射线吸收光谱”应用物理学杂志。

J.Okabayashi: "Band discontinuity in the GaAs/AlAs interface studied by in situ photoemission spectroscopy"Applied Physics Letters. 80. 1764 (2002)

J.Okabayashi：“通过原位光电子能谱研究 GaAs/AlAs 界面中的能带不连续性”应用物理快报。