成果報告書詳細
管理番号20130000000040
タイトル平成23年度成果報告書 平成23年度採択先導的産業技術創出事業11B07018d 垂直磁化材料を用いたゲート電界磁化制御型スピンMOSFETの構築 平成23年度中間
公開日2013/3/28
報告書年度2011 - 2011
委託先名国立大学法人東北大学 好田 誠
プロジェクト番号P00041
部署名技術開発推進部
和文要約 本研究で提案するゲート電界制御型スピンMOSFET構造は、高移動度III-V族化合物半導体をチャネルに用いること、高い磁気異方性を有する垂直磁化強磁性膜をソース・ドレイン電極に利用すること、そしてゲート電界磁化制御を応用する、この3つの特徴を有している。本年度は、このスピンMOSFETを構築するにあたり必要不可欠となる、垂直磁化材料から半導体へスピン偏極した電子を注入、そして電気的スピン検出技術、及び強磁性電極の磁化方向を反転させるためゲート電界磁化制御法を確立するために研究開発を進めた。その結果、InP及びGaAs基板上へ垂直磁化を有するL10-FePdのエピタキシャル成長に成功し、高い残留磁化比を有する薄膜形成が可能であることを示した。そして、半導体への電気的スピン注入を光学的に検出するために、L10-FePt/MgO/GaAsLED構造を用いて発光における偏光解析を行い12%のスピン注入率を得ることが出来た。さらに、スピンMOSFETのような面内デバイスへと展開するために、L10-FePt/MgO/GaAs面内素子を作製し、3端子法を用いた電子スピン注入の電気的検出を試みた。
また,垂直磁化強磁性薄膜のゲート電界制御に向けて、L10型垂直磁化材料の極薄膜化に取り組み、FePdにおいて2nmまで極薄化しても高い残留磁化比を有する薄膜を実現できることを示した。さらにゲート電界磁化制御に必要不可欠となる極薄L10-FePt層の磁気特性を系統的に調べ,L10-FePt/MgO界面において界面磁気異方性が生じることを明らかにした。その後,FePt膜厚を変化させた場合のゲート電界保磁力変調に取り組み、FePt膜厚が薄くなるにつれて、電圧による保磁力の変化が大きくなることが明らかとなった。BiFeO3/CoFe2O4二層膜において100 nmの微小なCoFe2O4結晶粒を電界により室温で反転させることに成功した。これまで100 nmの微小領域を反転させた報告は無く、スピン注入を視野に置くと重要な成果であるといえる。以上より本年度計画していた目標を順調に達成することができた.
英文要約 Proposed spinMOSFET structure is based on (1) high mobility III-V compound semiconductor channel, (2) source and drain electrodes are designed by perpendicularly magnetized materials with large magnetic anisotropy, and (3) gate controlled magnetization technique. In this year, in order to establish the basic technologies for spinMOSFET, we investigate the electrical spin injection from perpendicular magnetized materials to semiconductor and its electrical detection and the gate controlled magnetization technique. We successfully grow an epitaxial L10-FePd film on InP and GaAs substrates, whose film shows high remanent magnetization at zero magnetic field. In order to detect the spin injection signal, we employ the L10-FePt/MgO/GaAs LED structure and analyze the circular polarization emitted from the LED structure. The obtained spin injection efficiency is 12%, which is relatively high value in comparison with the previous report. To apply the lateral device configuration, we also establish the three terminal spin injection and detection techniques. For the gate controlled magnetization, we first growth very thin ferromagnetic layer with high perpendicular magnetic anisotropy. By optimizing the Pt buffer layer, 2nm FePd with high remanent magnetization is successfully demonstrated.
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