磁性強誘電体/シリコン系希薄磁性半導体へテロ接合における電界効果スピン制御

磁性铁电/硅基稀磁半导体异质结中的场效应自旋控制

基本信息

批准号：
09J10629
负责人：
進藤大輔
金额：
$ 0.9万
依托单位：
Osaka Prefecture University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

今年度は希薄磁性半導体Si:Ce薄膜の新規なCe高濃度ドーピング手法の開発と、強磁性発現メカニズムに関する理解について大きな進展があった。強磁性発現にとって重要な役割を果たす3価のCeイオンをSi中に高濃度にドーピングする新規な方法として、Si:Ce薄膜の成長途中に出現する再構成表面を利用する方法を検討した。成長温度やCe濃度を変化させて成長したSi:Ce薄膜の成長中の表面構造を反射高速電子線回折を用いてその場観察し、その表面構造の変化を詳細に評価した。その結果、550℃より高い成長温度で1at.%以上のCeを添加した試料では、3倍周期の再構成表面が形成することが明らかとなった。この新規な表面構造の起源は、共有結合半径の大きなCeのドーピングによって生じる歪を成長中に緩和し、それを駆動力として生じるCe原子の表面への拡散であることがわかった。再構成表面を形成しているCeがある一定の濃度に達すると、自動的に薄膜中へ閉じ込められ、局所的にCeが高濃度にドープされた領域を形成することが、高分解能ラザフォード後方散乱分析によるCe原子の深さ方向プロファイルから明らかとなり、原子半径がSiに比べ大きいCe原子を局所的に高濃度にドーピングできる新規な手法として利用できることがわかった。また、Ceが高濃度ドープされたSi:Ce薄膜は、その誘電特性評価から、バンドギャップ内の深いエネルギー位置に準位を有しており、補償効果のため薄膜が高抵抗化することが明らかとなった。Si:Ce薄膜の強磁性発現には、バンドギャップ内のフェルミ準位の位置が非常に重要であることがわかり、電界効果による磁性制御につながる大きな成果であった。

今年，开发一种新的CE高掺杂方法，用于稀释磁性SI：CE薄膜和对铁磁表达机制的理解取得了重大进展。我们使用在Si：Ce薄膜的生长过程中出现的重建表面，研究了一种在高浓度下以高浓度在SI：CE CE薄膜生长过程中，在高浓度下在SI中发挥了重要作用，该方法在铁磁表达中起着重要作用，该方法在铁磁表达中起着重要作用。使用反射性高速电子衍射在原位观察到通过不同生长温度和CE浓度生长的Si：CE薄膜生长过程中的表面结构，并详细评估了表面结构的变化。结果，可以发现，在高于550°C的生长温度下添加1％或更高的CE的样品中，形成了一个具有三倍周期的重建表面。发现这种新型表面结构的起源是CE原子向表面的扩散，它在生长过程中以较大的共价半径掺杂而放宽了菌株，并以此为驱动力。从高分辨率的卢瑟福反向散射分析中，从CE原子的深度曲线可以清楚地看出，当Ce原子达到一定浓度的重建表面时，它会自动局限于薄膜，并且Ce Atoms的掺杂区域形成了局部掺杂的区域，并且可以将其用作新颖的方法，可以将其作为一种新颖的方法，可以与SI较大的浓度相比，而SI较大。此外，从对CE高浓度的Si：Ce薄膜的介电性能的评估中，已经揭示了薄膜在带隙内的深度能量位置，并且由于补偿效果，该膜具有高电阻。发现Fermi水平在带隙内的位置对于Si：Ce薄膜的铁磁表达非常重要，这是一项重大成就，导致通过野外效应进行磁控制。