走査型カー回転分光によるシリコン中の空間電荷効果の検出

通过扫描克尔旋转光谱检测硅中的空间电荷效应

基本信息

批准号：
11F01358
负责人：
白石誠司
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2013
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は、走査型カー回転分光とスピン注入を用いてシリコン中の空間電荷効果(電子密度・電場の不均一性)を検出し、シリコンで空間電荷によって誘起される大きな磁気抵抗効果のメカニズムを明らかにすることにある。平成23年度(1年目)の計画の引き続きでシリコンデバイスの作製を行いつつ、空間電荷効果と磁気抵抗効果の評価を行い、実験を確立する。そして、今年度(2年目)から三端子のシリコンデバイスを作製し、シリコンデバイスへのスピン注入と検出の実験を行う予定だったが、p型シリコンで低磁場において大きな磁気抵抗効果が発現することを発見したため、この新発見の起源とメカニズムを明らかにするために今年度の実験を進めてきた。p型シリコンは、高抵抗でキャリア密度が約2×10^<12>cm^<-3>)であり、インジウム電極とオーミックコンタクトを作製して高電圧を印加すると、p型シリコンに電子注入が可能になる。その伝導領域は空間電効果が支配的であり、磁気抵抗効果を測定すると、低磁場(250millitesla以下)でもp型シリコンは磁気抵抗が約80%にもなり、しかも磁場の変化に対して磁気抵抗がリニアに変化することがわかった。その大きな磁気抵抗効果は、メカニズムが磁場による電子・ホールキャリア密度比制御であり、p型シリコン中に注入した電子の拡散は磁場の印加によって抑制されるとわかった。このメカニズムはこの研究で初めて明らかになった[1]。さらに、この磁気抵抗かは、スピンデバイスの巨大磁気抵抗効果(GMR)と匹敵する大きさで、低磁場センサーへの応用に期待を集めている。

这项研究的目的是使用扫描KERR旋转光谱和自旋注射来检测硅在硅中的空间电荷效应（电子密度和电场不均匀性），并阐明了硅中空间电荷引起的大磁化效应的机制。遵循2011财政年度（第一年）的计划，将制造硅设备，并将建立实验。我们计划从这个财政年度（第二年）制造三端的硅设备，并在向硅设备进行自旋注入和检测时进行实验，但是我们发现，在P-Type Silicon的低磁场中发生了较大的磁性效应，因此我们一直在此财政年度进行实验，以澄清这个新的来源，以澄清这个新的来源。 P型硅具有高电阻，载体密度约为2×10^<12> cm^<-3>），当制造IDIUM电极和欧姆接触并施加高压时，可以将电子注入到P型硅中。空间电动效应主导了传导区域，并且在测量磁磁效应时，发现即使在低磁场（低于250 millitesla）的情况下，P型硅的磁磁性也约为80％，并且磁势耐药性在磁场发生变化时，磁势会发生线性变化。发现大的磁化效应是通过磁场控制电子孔载体密度比的机制，并且通过磁场的应用抑制了植入P型硅中的电子的扩散。该机制首先在这项研究中揭示了[1]。此外，这种磁化率与自旋装置的巨型磁阻效应（GMR）相媲美，预计将应用于低场传感器。