次世代エレクトロニクスのための高性能縦型スピン電界効果トランジスタの開発

开发下一代电子产品的高性能垂直自旋场效应晶体管

• 批准号: 17J07150
• 负责人: 金木 俊樹
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-26 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J07150/
• 关键词: スピントロニクス; スピントランジスタ

次世代の低消費電力集積回路における基盤技術として、スピン電界効果トランジスタが有望視されている。スピン電界効果トランジスタとは、従来のトランジスタにおけるソースとドレインが強磁性体で置き換えられたトランジスタであり、ソース、ドレインの磁化の配置（平行か反平行）によってトランジスタの電流を変化させることができる。従来の「横型構造」を有したスピン電界効果トランジスタにおける問題は、磁化の配置による電流の変調量（MR比）が最大でも1％以下と非常に小さいことであった。申請者は、2015年、従来とは異なり、試料面に対して垂直方向に流れる電流をチャネルの側面からゲート電圧を印加することによって制御する縦型スピン電界効果トランジスタを提案、実証し、これまでに報告されているMR比よりも100倍以上大きなMR比を有するスピン電界効果トランジスタを作製することに成功した。 縦型スピン電界効果トランジスタの実用化に向けて、ゲート電圧による電流変調量を更に増大させ、ゲート電圧による電流変調のメカニズムを解明すること、及び、室温で縦型スピン電界効果トランジスタを実証することが必要である。前者について、ゲート電圧による電流変調量を増大させるために、500nmまでチャネル幅を微細化した縦型スピン電界効果トランジスタを作製し、130％に及ぶ電流変調を実証した。また、ゲート電圧による電流変調に関する実験結果を計算結果と比較することによって、ゲート電圧によって間接トンネル電流が変調されていることを明らかにした。また、酸化物半導体をチャネルとして用いた縦型スピン電解効果トランジスタを作製し、室温での基本的な動作実証に成功した。

The next generation of low power consumption integrated circuit technology is expected to be developed. The magnetization of the ferromagnetic material is arranged in parallel or antiparallel to the current of the ferromagnetic material. In the past, the "transverse structure" has been changed from the maximum to the minimum in the magnetic field. In 2015, the applicant submitted a proposal for a new type of electric field effect test, which was successfully controlled by a test sample surface with an MR ratio of more than 100 times. The current modulation of the voltage field is increased, and the current modulation of the voltage field is increased. It is necessary to realize the current modulation of the temperature field. In the former case, the current modulation of the voltage is increased to 130% and the current modulation is reduced to 500nm. The results of calculation and comparison show that the current is adjusted according to the voltage. In addition, the electrolytic effect of a three-dimensional computer using acidified semiconductors has been successfully produced, and basic operations at room temperature have been successfully demonstrated.

项目成果

Large current modulation ratio up to 130% in a GaMnAs-based all-solid-state vertical spin metal-oxide-semiconductor field-effect transistor

大%20电流%20调制%20比率%20up%20to%20130%%20in%20a%20GaMnAs基%20全固态%20垂直%20旋转%20金属氧化物半导体%20场效应%20晶体管

• 发表时间: 2017
• 作者: Toshiki Kanaki;Hiroki Yamasaki;Tomohiro Koyama;Daichi Chiba;Shinobu Ohya;Masaaki Tanaka
• 通讯作者: Masaaki Tanaka

Room-temperature operation of a vertical spin field-effect transistor using an Fe / GaOx / MgO / Fe system

使用 Fe/GaOx/MgO/Fe 系统的垂直自旋场效应晶体管的室温操作

• 发表时间: 2018
• 作者: Toshiki Kanaki;Shin Matsumoto1;Sai Krishna Narayananellore;Hidekazu Saito;Yoshihiro Iwasa;Shinobu Ohya;and Masaaki Tanaka
• 通讯作者: and Masaaki Tanaka