強相関電子系酸化物強磁性体を用いた室温動作トランジスタの作成

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我々は強相関電子系酸化物強磁性体である(La,Ba)MnO3薄膜を用いて磁化変調を伴った室温動作電界効果トランジスタ(FET)の作成に取り組んでいる。このFETの実現のために(La,Ba)MnO3/Pb(Zr,Ti)O3ヘテロ構造を採用した。Pb(Zr,Ti)O3層が生成する残留分極を用いてチャネル層のキャリア濃度を制御する。また、チャネル層の磁化の直接測定を行うため、(La,Ba)MnO3チャネル層が表面に配置される構造を採用している。この研究課題に関して平成17年度は、(1)FET駆動の要であるPb(Zr,Ti)O3薄膜層が大きな残留分極(20μC/cm2以上)を持ち、容易に他の薄膜上に積層、もしくはPb(Zr,Ti)O3薄膜層上に積層できること、(2)本研究で採用したFETの動作原理と半導体のそれとの間に存在する差異を明らかにすることに当てられた。(1)の意義であるが、先述したようにFETの動作に不可欠であり、残留分極によるキャリア濃度変調・磁化変調の直接測定など系統的な研究を行っていくためには不可避のプロセスである。今年度はPb(Zr,Ti)O3薄膜作成時の薄膜成長率と残留分極値の間に相関があることを明らかにした。これにより、残留分極を示すPb(Zr,Ti)O3薄膜を用いてヘテロ構造の作成を行うことが容易になった。(2)に関して、ヘテロ接合界面付近での電子状態を詳しく解析するため、Spring-8で硬X線光電子分光法を行った。今年度はFETの界面状態の直接測定を行うための予備研究として、(La,Ba)MnO3/Sr(Ti,Nb)O3ヘテロ構造を採用した。硬X線光電子分光法を用いることによりヘテロ接合界面付近に生ずる電場の影響を検出することが可能であり、FETの接合界面付近の電子状態の研究に利用できることがわかった。