ガラス基板上の高規則度ホイスラー合金薄膜形成と高性能スピントロニクス素子への応用

本研究は、次世代超低消費電力ディスプレイの実現を目指し、その第一歩の技術として、ガラス基板上への高性能スピンMOSFETの形成とその動作実証を目標としている。高性能スピンMOSFETの実現ためには、半導体Ge中のスピン緩和機構を明らかにする必要がある。昨年度、研究代表者はCo2FeSi0.5Al0.5ホイスラー合金電極を用いた電気的スピン注入実験により、室温でGe中のスピン伝導検出信号(スピン信号)を観測することに成功した。しかしながら、その大きさは数十mΩ程度と非常に小さく、高性能スピンMOSFETの実現ためにはその増大を目指す必要がある。本年度は、スピン信号増大の指針を得るため半導体Ge中のスピン緩和現象の解明に精力的に取り組んだ。最近、高濃度にドーピングされたn型Ge(n+-Ge)へのスピンポンピング法によるスピン注入実験により、n+-Ge中のスピン緩和時間(τGe)の温度依存性を実験的に解明したという報告がなされたが、それは縮退したマルチバレー半導体におけるドナー不純物誘起のスピン緩和機構の理論的予想と整合していない。研究代表者は、n+-Ge系横型スピン伝導検出素子による電気的スピン伝導測定により、スピン信号の大きさの強磁性電極間隔依存性やHanle効果曲線などの温度依存性を詳細に取得し、その結果からn+-Ge中のτGeが低温領域で温度に依存しないことを明らかにした。これは理論的予想と整合している。今後は電気的手法とスピンポンピング法によって得られたτGeの温度依存性の違いの起源を探索する必要がある。

本研究は、次世代超低消費電力ディスプレイの実現を目指し、その第一歩の技術として、ガラス基板上への高性能スピンMOSFETの形成とその動作実証を目標としている。高性能スピンMOSFETの実現ためには、半導体Ge中のスピン緩和機構を明らかにする必要がある。昨年度、研究代表者はCo2FeSi0.5Al0.5ホイスラー合金電極を用いた電気的スピン注入実験により、室温でGe中のスピン伝導検出信号(スピン信号)を観測することに成功した。しかしながら、その大きさは数十mΩ程度と非常に小さく、高性能スピンMOSFETの実現ためにはその増大を目指す必要がある。本年度は、スピン信号増大の指針を得るため半導体Ge中のスピン緩和現象の解明に精力的に取り組んだ。最近、高濃度にドーピングされたn型Ge(n+-Ge)へのスピンポンピング法によるスピン注入実験により、n+-Ge中のスピン緩和時間(τGe)の温度依存性を実験的に解明したという報告がなされたが、それは縮退したマルチバレー半導体におけるドナー不純物誘起のスピン緩和機構の理論的予想と整合していない。研究代表者は、n+-Ge系横型スピン伝導検出素子による電気的スピン伝導測定により、スピン信号の大きさの強磁性電極間隔依存性やHanle効果曲線などの温度依存性を詳細に取得し、その結果からn+-Ge中のτGeが低温領域で温度に依存しないことを明らかにした。これは理論的予想と整合している。今後は電気的手法とスピンポンピング法によって得られたτGeの温度依存性の違いの起源を探索する必要がある。