磁気秩序構造を有する透明アモルファス酸化物半導体の創成

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In2O3とNiOの粉末粉ターゲットとして用いたRFマグネトロンスパッタリングにより製膜した透明アモルファスIn-Ni-O薄膜において電気物性の評価を行った。得られた薄膜はn型半導体であり、可視光領域において80%以上の透過率を有していた。作製したキャリア濃度が~10^19 cm^-3と~10^20 cm^-3の薄膜試料の電気抵抗率は低温になるほど大きくなる半導体的挙動を示した。キャリア濃度が~10^20 cm^-3の薄膜試料は負の磁気抵抗を示した。その最大値は約5%であった。Ni濃度を4%から7%に増加させると低温で正の磁気抵抗成分が観察されるようになり、Ni濃度7%の試料では5Kで正の磁気抵抗を示した。一方キャリア濃度が~0^19 cm^-3の薄膜試料は最大100%の正の磁気抵抗を示すことを明らかにした。Ni濃度が4%から7%のいずれの薄膜試料も50K以上の高温領域では負の磁気抵抗を示した。その値は最大0.9%程度であり、キャリア濃度~10^20 cm^-3の試料に比べて小さくなっていた。~10^19 cm^-3の試料も温度を下げると正の磁気抵抗の成分が観察されるようになり、Ni濃度が増加するほど正の成分が大きくなった。Ni濃度6%と7%の薄膜試料において、5K、9T印加時に最大値である100％の正の磁気抵抗を得た。しかし低温、高磁場領域においても負の磁気抵抗成分が存在しており、高磁場になるほど磁気抵抗が飽和するような傾向を示した。10^20 cm^-3薄膜資料の高温域での負の磁気抵抗はアモルファスIn2O3について報告されているものと同様の傾向を示したのに対し、低温では正の成分が生じるためこれから大きく離れた。正の磁気抵抗成分について既報のバリアブル・レンジ・ホッピングによるメカニズムでは説明できず、今回の薄膜では新規現象が生じている可能性が強く示唆された。