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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09J10629/
• 关键词: スピントロニクス; シリコン; 半導体; 磁性; 結晶成長; 希土類元素; 再構成表面; スピンエレクトロニクス; 半導体物性

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。

Our は thin magnetic semiconductor Si: Ce membrane の new rules な Ce high concentration ド ー ピ ン グ gimmick の open 発 と, strong magnetic 発 now メ カ ニ ズ ム に masato す る understand に つ い て big き な progress が あ っ た. Strong magnetic 発 now に と っ て important な "を cut fruit た す 3 価 の Ce イ オ ン を Si に in high concentration に ド ー ピ ン グ す る new rules な method と し て, Si: Ce film grow の way に appear す る を form surface again using す る method を beg し 検 た. Growth temperature や Ce concentration を variations change さ せ て growth し た Si: Ce の surface formation in the thin film の growth を reflection high-speed electronic line back to the fold を い て そ の field 観 し, そ の の surface structure - the detailed に を review 価 し た. そ の results, 550 ℃ よ り い grow high temperature で 1 at. % above の Ce を add し た sample で は の again 3 times, cycle constitutes が formation on the surface of す る こ と が Ming ら か と な っ た. こ の new rules な surface tectonic origin は の, combined with large radius の き な Ce の ド ー ピ ン グ に よ っ て raw じ る slanting を growth に detente し そ れ を 駆 power と し て raw じ る Ce の surface atoms へ の company, scattered で あ る こ と が わ か っ た. Reconstitution を formation on the surface of し て い る Ce が あ る certain の concentrations reached the す に る と, automatic に film へ closed じ 込 め ら れ high concentrations, the bureau に Ce が に ド ー プ さ れ た field を formed す る こ と が, high decomposition can ラ ザ フ ォ ー ド rear scattered analysis に よ る Ce atomic の deep さ direction プ ロ フ ァ イ ル か ら Ming ら か と な り が S, atomic radius I に than べ き い Ce に high concentrations of atomic を bureau に ド ー ピ ン グ で き る new rules な gimmick と し て using で き る こ と が わ か っ た. ま た high concentrations, Ce が ド ー プ さ れ た Si: Ce film は, そ の induced electrical characteristics evaluation 価 か ら, バ ン ド ギ ャ ッ の deep within プ い エ ネ ル ギ に ー position must have a を し て お り, compensation unseen fruit の た め film が high resistance す る こ と が Ming ら か と な っ た. Si: Ce film の strong magnetic 発 now に は, バ ン ド ギ ャ ッ プ within の フ ェ ル ミ quasi a が の position very important で に あ る こ と が わ か り, electricity industry working fruit に よ る magnetic suppression に つ な が る big き な results で あ っ た.

项目成果

The effects of aluminum doping for the magneto-transport property of Si : Ce thin films

铝掺杂对Si:Ce薄膜磁输运性能的影响

• 发表时间: 2010
• 期刊: Journal of Applied Physics VOL.107(印刷中につき未定)
• 作者: D.Shindo;K.Fujii;T.Terao;S.Sakurai;S.Mori;K.Kurushima;N.Fujimura
• 通讯作者: N.Fujimura

Ce添加に伴うSi:Ce薄膜の表面平坦化

Ce 添加导致 Si:Ce 薄膜表面平坦化

• 发表时间: 2010
• 作者: D.Shindo;K.Fujii;T.Terao;S.Sakurai;S.Mori;K.Kurushima;N.Fujimura;進藤大輔
• 通讯作者: 進藤大輔

Si : Ce薄膜の磁気輸送特性に及ぼすアクセプタードーピングの効果

受主掺杂对Si:Ce薄膜磁输运性能的影响

• 发表时间: 2009
• 作者: D.Shindo;K.Fujii;T.Terao;S.Sakurai;S.Mori;K.Kurushima;N.Fujimura;進藤大輔;進藤大輔;進藤大輔
• 通讯作者: 進藤大輔