有機強誘電体／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

有机铁电/硅基稀磁半导体异质结中的场效应自旋控制

• 批准号: 14J11716
• 负责人: 宮田 祐輔
• 金额: $ 1.79万
• 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: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J11716/
• 关键词: 希薄磁性半導体; シリコン; 希土類元素; 分子線エピタキシ法; 電界効果トランジスタ; 有機強誘電体; 磁気伝導特性; 磁性半導体素子; ドーピング

本研究では、Ceを添加したSiエピタキシャル(Si:Ce)薄膜における磁気物性の発現に注目している。これまで、低温分子線エピタキシ成長によって、数%ものCeを含むSi:Ce薄膜の作製に成功し、Ceの固溶状態と相関のある特異な磁気伝導特性を示すことを明らかにしてきた。本年度は、Bの共添加法や電界効果によるキャリア制御を試み、スピン－キャリア相互作用を起源とする負の磁気抵抗効果（MR）や異常Hall効果の発現および制御を目指した。Si:Ce薄膜は低温成長に伴うドナー性欠陥によりn型の伝導特性を示すため、キャリア制御を目的としたBの共添加及び、電界効果素子の作製を行った。半導体的な伝導特性を示すp型のSi:0.6at.%Ce,Bにおいて、20K以下の低温で3.0%程度の負のMRを明瞭に観測した。フィッティングによる解析や光電子分光法を用いたCeの価数評価の結果から、4f軌道に1つの孤立電子スピンを有するCe3+の局在磁気モーメントが、外部磁場によって秩序することで系の抵抗率を下げることを見出した。また本試料は明瞭な異常Hall効果も発現している。伝導キャリアが及ぼすMRや異常Hall効果の影響を明らかにするために、3倍周期の再構成表面を有するSi:0.6at.%Ceをチャネル層に用いた電界効果素子を作製した。ゲート電圧印加によって負のMR、異常Hall効果を制御することに成功した。蓄積・空乏・反転層の形成を示唆するドレイン電流や静電容量の増減を観測していることから、強誘電体の分極操作によってSi:Ceのキャリア密度が変化し、負のMRや異常Hall効果の発現に影響を及ぼしているものと考えられる。上記のような、希土類元素を添加したSi薄膜におけるMRや異常Hall効果の電界制御に関する報告はこれまでに無く、半導体スピントロニクス分野における極めて重要な成果と考えられる。

In this paper, the development of magnetic properties of Si (Si:Ce) thin films doped with Ce and Ce is studied. The preparation of Si:Ce thin films containing Ce at low temperature and in high temperature has been successfully studied. The solid solution state of Ce and the related special magnetic conductivity characteristics have been demonstrated. This year, the total addition method of B and the negative magnetic resistance effect (MR) of the electric field effect are tested, and the abnormal Hall effect is detected. Si:Ce thin films are characterized by low temperature growth, high conductivity and high conductivity. Conductivity characteristics of semiconductors: p-type Si:0.6at.% Ce,B, C, C, B, C, D, C, D, E, D, D, E, F, F, E, F, F, The results of the numerical evaluation of Ce3+ by photoelectron spectroscopy show that Ce3+ has a high resistivity in the magnetic field and an external magnetic field. In addition, this sample shows that abnormal Hall effects occur. The influence of abnormal Hall effect on the surface of the waveguide and MR:0.6at.% The electric field element is controlled by the electric field element. Negative MR, abnormal Hall effect control The accumulation, depletion, and reflection layers show the current, capacitance, and polarization density of Si:Ce, negative MR, and abnormal Hall effects. Note that the addition of rare earth elements to Si thin films is an important result of MR and abnormal Hall effects.

项目成果

再構成表面を利用した新規な希土類元素ドーピング

使用重建表面的新型稀土元素掺杂

• 发表时间: 2014
• 作者: 宮田 祐輔;植野 和也;藤村 紀文
• 通讯作者: 藤村 紀文

Cerium ion doping into self-assembled Ge using three-dimensional dot structure

利用三维点结构将铈离子掺杂到自组装Ge中

• 发表时间: 2017
• 期刊: Journal of Crystal Growth
• 影响因子: 1.8
• 作者: Yusuke Miyata;Kazuya Ueno;Takeshi Yoshimura;Atsushi Ashida and Norifumi Fujimura
• 通讯作者: Atsushi Ashida and Norifumi Fujimura

Evaluation of the electronic states in highly Ce doped Si films grown by low temperature molecular beam epitaxy system

低温分子束外延系统生长的高掺杂 Ce 硅薄膜的电子态评估

• DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2015.03.013
• 发表时间: 2015
• 期刊: Journal of Crystal Growth
• 影响因子: 1.8
• 作者: Yusuke Miyata;Yukinori Nose;Takeshi Yoshimura;Atsushi Ashida;Norifumi Fujimura
• 通讯作者: Norifumi Fujimura

Carrier control in Ce doped Si thin films using organic ferroelectric-gate field effect transistors

使用有机铁电栅场效应晶体管控制 Ce 掺杂 Si 薄膜中的载流子

• 发表时间: 2016
• 作者: Hayato Nonami;Yusuke Miyata;Takeshi Yoshimura;Atsushi. Ashida and Norifumi Fujimura
• 通讯作者: Atsushi. Ashida and Norifumi Fujimura

Control of hole density in acceptor co-doped Si:Ce films

受主共掺杂 Si:Ce 薄膜中空穴密度的控制

• 发表时间: 2015
• 作者: Yusuke Miyata;Kazuya Ueno;Takeshi Yoshimura;Atsushi Ashida;Norifumi Fujimura
• 通讯作者: Norifumi Fujimura