シリコン系スピン制御半導体の創成と光磁気特性の研究

硅基自旋控制半导体的制备及磁光特性研究

• 批准号: 10138204
• 负责人: 末益 崇
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: University of Tsukuba
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
• 财政年份: 1998
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1998 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10138204/
• 关键词: 鉄シリサイド; 希薄磁性半導体; 磁気輸送特性; 異常ホール効果; シリコン; SQUID; オーミックコンタクト; Mn

半導体へ磁性を融合する試みとして、Si(001)基板上へのエビタキシャル成長が可能であり、磁性元素であるFeを含むβ-FeSi_2の磁気特性に関する研究を行った。470℃に熱したSi(001)基板にFeを蒸着するReactive Deposition Epitaxy(RDE)法で作製したβ-FeSi_2単結晶膜(200nm)の磁気輸送特性の測定から、Feスピンによるキャリアの散乱効果と考えられる、異常ホール効果や負の磁気抵抗効果が現れ、さらに、β-FeSi_2は低温で強磁性となる可能性が示された。また、アロットプロットから見積もった強磁性相転移温度は、約15Kであった。ただ、SQUID測定での残留磁化から求めた4.2KにおけるFe原子当たりの磁気モーメントは、0.05μ_Rと非常に小さいため、強磁性の性質がβ-FeSi_2の元々の物性とは考え難く、欠陥などが原因となって強磁性となっている可能性が大きい。次に、磁性不純物の添加により、磁性スピンとキャリアの相互作用が大きくなることを期待して、磁性不純物であるMnの添加を試みた。Mnの添加は、Fe蒸着時にKセルから同時に蒸着し、その添加量はFeとMnの蒸着速度の比で制御した。まず、470℃でFeとMnを同時に蒸着し、膜厚20nmのMn添加β-FeSi_2膜を成長する。その後、UHV中850℃で30分のアニールにより島状に凝集させ、これらをテンプレートとして再びFeとMnを蒸着して膜厚200nmのMn添加β-FeSi_2膜(Mn添加量:0.45%,2%,4%)を成長した。結晶性はノンドープ試料と同程度でSi(001)基板にエビタキシャル成長していた。Mnの添加量の増加にともない、β-FeSi_2のa軸の長さが減少することがX線回折より、また、吸収特性から禁制帯幅は小さくなることが分かった。輸送特性からは、ホッピング伝導が低温での伝導を支配し、局在準位によるキャリアの局在長は、Mn添加によって短くなることが分かった。今後、ホール測定を行い、キャリア密度や異常ホール効果の有無を調べる予定である。

We are conducting research on the magnetic properties of magnetic elements such as Fe and β-FeSi_2, which are possible due to the integration of magnetic properties in semiconductors, the possibility of electrostatic growth on Si(001) substrates, and the magnetic properties of β-FeSi_2. Measurement of Magnetic Transport Properties of β-FeSi_2 Single Crystal Films (200nm) Prepared by Reactive Deposition Epitaxy(RDE) Method on Si(001) Substrates at 470℃; The ferromagnetic phase shift temperature is about 15K. The residual magnetization of Fe atoms measured by SQUID is 4.2 K. The magnetic properties of Fe atoms are 0.05μ R. The ferromagnetic properties of β-FeSi_2 elements are very small. The physical properties of β-FeSi_2 elements are difficult to study. The reasons for the lack of ferromagnetism are very high. Second, the addition of magnetic impurities, Mn, Mn impurities, Mn impurities, Mn, Mn impurities, Mn When Mn is added, Fe is evaporated at the same time, and the amount of Mn added is controlled by the ratio of Fe to Mn evaporation rate. Fe and Mn were simultaneously evaporated at 470℃, and Mn-doped β-FeSi_2 films were grown with a thickness of 20nm. Later, 30-minute island-like aggregates were formed in UHV at 850 ° C. Mn-doped β-FeSi_2 films (Mn addition: 0.45%, 2%, 4%) with a film thickness of 200nm were grown by steaming Fe and Mn. Crystallization of Si(001) substrate is similar to that of Si(001) sample. The increase of Mn content and the decrease of a-axis length of β-FeSi_2 result in the decrease of X-ray reflection, absorption and inhibition amplitude. Transport characteristics: low temperature, high conductivity, low temperature, high conductivity, high In the future, the measurement of the middle, the density, the presence or absence of abnormal results