不揮発性トランジスタ開発のための半導体へのスピン偏極電子注入

自旋极化电子注入半导体以开发非易失性晶体管

• 批准号: 11F01816
• 负责人: 齋藤 秀和
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11F01816/
• 关键词: スピントロニクス; ゲルマニウム; スピン注入; スピントランジスタ; 酸化ゲルマニウム; トンネル接合

電子のスピン自由度を利用して不揮発的に情報を記憶するスピントランジスタは、その導入によりあらゆるIT機器の消費電力の劇的な削減につながるため、世界的に熾烈な開発競争の只中にある。スピントランジスタを実現するためには、半導体中へのスピン注入技術を確立する必要がある。Geは次世代のMOS-FETのチャネル材料の有力候補とされており、スピン注入技術の確立が期待される。高効率のスピン注入のためには、高品位の強磁性体/Ge接合を可能とする材料・成長技術が必要であると考えられるため、新障壁層材料や強磁性体を用いたトンネル接合技術を開発する必要がある。今年度達成した主な成果を以下に説明する。(1)Ge基板上の磁性半導体(Ga, Mn)As単結晶膜作製技術の確立(GaMn)Asは極めて高いスピン偏極状態を有し、かつ、Geと格子定数がほぼ等しくエピタキシャル成長が期待されるため、Geへののスピン注入源として注目されるべき物質である。しかしながら、これまでスピン注入実験はおろか、Ge基板上の結晶成長すら報告はなされていなかった。本研究では分子線エピタキシー法による成長条件を最適化することにより、世界で初めてGe上の単結晶(Ga, Mn)As膜の作製に成功した。(2)障壁層フリーのスピン注入源の作製とスピン注入の実証トンネル障壁層を必要としない高品位スピン注入源の開発は、作製プロセスを簡略化できるため応上用有利である。しかしながらFe等の通常の強磁性体をGeと直接接合させると、接合界面での磁性が失われてしまうという問題があり、これまで実現は困難であった。そこで、Mn5Ge3というGeを構成要素とする強磁性体に注目しGeへの結晶成長とスピン注入に取り組んだところ、期待通りにスピン注入を実証するに至った。

The freedom of electronic devices is utilized to store and import information that is not transmitted, and the rapid reduction in the consumption of power by IT machines is the only reason for the fierce competition in the world. The technology of semiconductor injection is necessary. Ge is expected to be a powerful candidate for the next generation of MOS FET semiconductor materials. High efficiency and high grade ferromagnetic materials/Ge bonding technology development This year's main achievements are described below. (1)Ge(Ga, Mn)As single crystal film manufacturing technology established on the substrate (GaMn)As reverse polarity high polarization state, Ge lattice constant number, etc. Crystal growth on Ge substrates is reported in the report. In this study, we have successfully fabricated single crystal (Ga, Mn)As films on Ge by optimizing the growth conditions of molecular wires. (2)Barrier Layer: High Quality Injection Source: Simplifying the Process of Injection Source For ordinary ferromagnetic materials such as Fe, it is difficult to bond directly with Ge and to lose magnetism at the bonding interface. The crystal growth and implantation of Ge in ferromagnetic materials are selected from the group consisting of Mn5Ge3 and Ge.

项目成果

Epitaxial growth of ferromagnetic semiconductor GaMnAs film on Ge (001)

Ge（001）上外延生长铁磁半导体GaMnAs薄膜

• 发表时间: 2013
• 期刊: Thin Solid Films
• 影响因子: 2.1
• 作者: A. Spiesser;Y. Sato;H. Saito;S. Yuasa and K. Ando
• 通讯作者: S. Yuasa and K. Ando

Effective creation of spin poralzation in p-type Ge from a Fe/GeO2 tunnel contacts

从 Fe/GeO2 隧道接触有效产生 p 型 Ge 自旋极化

• DOI: 10.7567/jjap.52.04cm01
• 发表时间: 2013
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: A. Spiesser;S. Watanabe;H. Saito;S. Yuasa;K. Ando
• 通讯作者: K. Ando

Voltage tuning of thermal spin current in ferromagnetic tunnel contacts to semiconductors

• DOI: 10.1038/nmat3869
• 发表时间: 2014-04-01
• 期刊: NATURE MATERIALS
• 影响因子: 41.2
• 作者: Jeon, Kun-Rok;Min, Byoung-Chul;Jansen, Ron
• 通讯作者: Jansen, Ron

Spin accumulation and spin lifetime in p-type germanium at room temperature

室温下 p 型锗的自旋积累和自旋寿命

• DOI: 10.1143/apex.5.053004
• 发表时间: 2012
• 期刊: Applied Physics Express
• 影响因子: 2.3
• 作者: S. Iba;H. Saito;A. Spiesser;S. Watanabe;R. Jansen;S;Yuasa;K. Ando
• 通讯作者: K. Ando

Electrical spin injection in p-type Si using Fe/MgO contacts

使用 Fe/MgO 接触在 p 型 Si 中进行电自旋注入

• DOI: 10.1117/12.930839
• 发表时间: 2012
• 期刊: Proceedings of SPIE
• 作者: A. Spiesser;S. Sharma;H. Saito;R. Jansen;S. Yuasa;K. Ando
• 通讯作者: K. Ando