歪みＳｉＧｅスピンＭＯＳＦＥＴの創製

创建应变 SiGe 自旋 MOSFET

基本信息

批准号：
18J00502
负责人：
山田道洋
金额：
$ 7.49万
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：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究課題は，IoT社会の実現に向けて大きな問題となっている情報処理にかかるエネルギーの問題を解決すべく，超低消費電力化が期待されるスピンMOSFETの実現を最終目標としている．本年度は，スピン伝導層への歪み印加による不純物誘起谷間スピン反転散乱の抑制と強磁性体/半導体界面の原子層制御による室温磁気抵抗比の二桁増大を達成した．前年度の結果から，緩和SiGeを形成した際に，高品質な強磁性膜の成長が可能な(111)面上では，格子定数の大きなGe上にSiGe層を成長した際に欠陥導入が起こりやすく，歪みが緩和してしまうことが明らかになった．そこで，歪みSiGeを形成するために，歪みSiGeの成長条件の探索を行った．成長条件を最適化した試料のX線回折の結果から歪みSiGeを作製することに成功した．また，Hall効果測定から歪み緩和SiGeと比較して移動度が２倍以上に増大を観測した．歪みSiGeをチャネル層に用いた横型スピンバルブ素子を作製し，スピン緩和時間を測定したところ，低温ではあるが緩和SiGeと比較して3倍程度に増大することが明らかになった．これは低温において支配的な不純物誘起スピン反転散乱が歪み印可によって抑制されているためであると考えられ，歪みによるスピン緩和抑制の効果を実験的に示した初めての結果である．強磁性体/半導体(Ge)界面では前年度の構造評価からGeが強磁性ホイスラー合金へと拡散することでスピン注入効率が低減していることが明らかにされていた．そこで，室温におけるスピン信号の増大に向けて，強磁性ホイスラー合金/Ge界面にFe原子層を挿入することで取り組んだ．Fe原子層を挿入した場合に界面の構造評価から挿入しなかった場合と比較してGeの拡散を1/3程度に抑制することに成功し，室温の磁気抵抗比は二桁程度増大する結果が得られつつある．

该研究主题是实现旋转MOSFET的最终目标，这些旋转MOSFET的功耗将极低，以解决与信息处理相关的能量问题，这已成为实现IoT社会的主要问题。今年，我们通过抑制杂质诱导的自旋旋转散射，通过施加于自旋导向层的应变并控制铁电磁/半导体界面处的原子层，通过抑制杂质引起的自旋旋转散射，从而实现了两种数量级。上一年的结果表明，当形成松弛的sige时，当在GE上生长具有较大的晶格常数时，可能会出现缺陷，并且在（111）平面上可以减轻变形，在（111）平面上可以种植高质量的铁磁性膜。因此，为了形成紧张的sige，我们搜索了紧张的sige的生长条件。我们从具有优化生长条件的样品的X射线衍射结果中成功产生了紧张的SIGE。此外，霍尔效应的测量表明，迁移率增加了两倍以上，是应变弛豫sige的两倍以上。当通道层制造并测量旋转弛豫时间时，使用紧张的SIGE进行水平自旋阀元件，尽管它很低，但据显示，增加的增加是放松的Sige的三倍。这被认为是因为杂质诱导的自旋旋转散射在低温下占主导地位，被应变施加抑制，这是通过应变抑制自旋松弛的第一个实验结果。在铁磁/半导体（GE）界面上，上一年的结构评估表明，通过将GE扩散到铁电磁Heusler合金中，自旋注射效率降低了。因此，为了在室温下增加自旋信号，我们通过在铁磁螺旋螺旋合金/GE接口处插入Fe原子层进行研究。当插入Fe原子层时，与从界面的结构评估中插入无插入的情况相比，GE的扩散被成功抑制至约1/3，并且在室温下的磁倍率比增加了大约两个数量级。