세계 최고의 성능 반도체 터널 자석 정전 바카라를 개발했습니다

국립 선진 산업 과학 기술 연구소 [Nakabachi Ryoji의 회장] (이하 "바카라"라고 불림) Spintronics Research Center [Yuasa Shinji의 회장] Saito Hidekazu와 함께 자체를 개발했습니다단결정갈륨 산화물 (GA₂O₃)의 필름 증착 프로세스 사용₂O₃터널 배리어 레이어단결정으로 구성터널 magnetoresistive (TMR) 바카라

이번에 개발 된 TMR 바카라Magnetoresistance 변화율 (MR 비율)실온에서 92%로 매우 큽니다 이 TMR 바카라에는 메모리 함수가 있습니다수직스핀 필드 효과 트랜지스터(수직 스핀 FET) 제로 대기 전원정상 오프 컴퓨터에 기여할 것으로 예상됩니다 이 기술에 대한 자세한 내용은 2016 년 9 월 20 일 (현지 시간)의 Academic Journals를 참조하십시오물리 검토 적용의 온라인 버전에 게시되었습니다

이 연구 및 개발은 내각 사무소의 혁신적인 연구 개발 촉진 프로그램 (Impact) "충전없이 장기적으로 사용할 수있는 궁극적 인 ECO IT 장치의 실현 (2014-2018)에 의해 지원되었습니다

이번에 개발 된 TMR 장치의 단면의 전자기 바닥 철 (Fe) 전극 층으로부터의 반도체 ga2O3각 층의 원자는 배리어 층에서 상부 Fe 층까지 스택 방향으로 정렬되며, 이는 모두 단결정 TMR 바카라임을 나타냅니다

대기 전원 감소는 컴퓨터와 같은 IT 장비의 전력 소비를 크게 줄이려면 필수적입니다 그러나 오늘날의 컴퓨터의 주 메모리 및 논리 회로에 사용되는 트랜지스터는 전원이 꺼질 때 정보를 잃는 "휘발성"바카라이므로 대기 전원을 크게 줄이기가 어렵습니다 따라서 대기 전원을 크게 줄이고 전원이 꺼지는 경우에도 정보를 잃지 않을 수있는 "비 휘발성"FET가 필요합니다

스핀 피트는 전자 스핀을 사용하여 비 휘발성 메모리 기능을 얻을 수 있기 때문에 전 세계적으로 연구되고 있습니다 그러나 실제로, 메모리 함수에 대한 공로의 수치 인 MR 비율은 수십 ~ 100% 이상이어야하지만, 이전 스핀 FET 연구에서는 현재 FETS와 동일한 측면 바카라가 사용되었으며 MR 비율은 실온에서 약 01%였다

바카라는 새로운 TMR 요소와이를 사용하여 자기 기억을 개발하기 위해 노력해 왔으며 세계 최고 수준의 터널 장치 제조 기술을 보유하고 있습니다 우리는 또한 수년간 스핀 페트를 구축하는 데 필요한 강자성 금속/반도체 접합을 연구 해 왔으며 동일한 세계적 수준의 기술을 보유하고 있습니다

최근에, MR 비율을 크게 향상시키기 위해, 모든 단일 결정 TMR 바카라에 기초한 수직 스핀 FET가 제안되었다강자성 반도체전극 및 비자 성 반도체는 장벽 층으로서 매우 낮은 온도에서 100% 이상의 높은 MR 비율을 나타낸다 그러나이 장치는 MR 비율이 실온에서 거의 0이라는 점에서 큰 문제가 발생합니다 바카라는 과거 TMR 장치 제조 기술 및 재배 된 필름 성장 기술을 통해 재배 된이 기술을 개발하기 위해 노력해 왔으며, 이는 재배되었으며, 강자성 금속 전극과 반 결합체 장벽 층을 결합하여 높은 MR 비율로 모든 단일 싱글 크리스탈 TMR 장치를 생성 할 수 있습니다

산화물 반도체 인 GA는 이번에 반도체 터널 배리어 층 재료로 사용됩니다₂O₃| 사용되었습니다 이 반도체의 복잡한 결정 구조로 인해, 철 (Fe)과 같은 전형적인 강자성 전극과 함께 단결정 TMR 장치를 제조하기가 어렵다고 생각되었다 따라서 지금까지 TMR 장치의 터널 배리어 레이어로서는 거의 관심을받지 못했습니다 바카라는 자체 필름 증착 프로세스를 개발하여 FE 강자성 전극 및 GA를 생성했습니다₂O₃터널 배리어 층으로 구성된 모든 단결정 TMR 장치가 제조되었습니다 그림 1은 개발 된 필름 증착 프로세스를 보여줍니다 필름 형성을위한 증기 증착의 한 유형분자 빔 에피 택시 방법| 사용되었습니다 먼저, 매우 얇은 (04-07 나노 미터 두께) 단결정 산화 마그네슘 (MGO) 층이 바닥 전극, 단결정 Fe에서 성장된다 이것 외에비정형ga₂O₃막 (15 ~ 30 나노 미터 두께)이 실온에서 형성된 다음, 열 처리는 약 500 ° C에서 막에 적절한 양의 산소를 뿌려서 매우 높은 품질의 단일 크리스탈 GA₂O₃멤브레인이 얻어진다 이 단결정 GA₂O₃단결정 FE 상단 전극은 필름에서 직접 성장할 수 있습니다 또한, 얻어진 단결정 GA₂O₃필름의 상세한 분석에 따르면 스피넬 유형이라는 간단한 결정 구조가 있음이 밝혀졌습니다

그림 1 이번에 개발 된 싱글 크리스탈 GA2O3멤브레인 준비 방법

그림 2는 이번에 개발 된 TMR 바카라의 실온에서의 MR 비율을 보여줍니다 비교를 위해, 반도체 장벽 층을 갖는 종래의 모든 단일 결정 TMR 바카라에 대해 가장 높은 값이 달성되었다 (전극은 강자성 금속이다), 이번에는 GA₂O₃₂O₃배리어 층의 TMR 바카라의 값 (상부 전극의 Fe는 다결정입니다) GA₂O₃층의 단결정화는 MR 비율을 상당히 증가시켜 반도체 터널 배리어 레이어 장치에서 가장 높은 값 (92%)을 보여줍니다 MR 비율의 증가는 전자가 터널 장벽 층 및 상부 강자성 전극의 단결정화로 인해 단결정 MGO를 사용하는 TMR 바카라와 마찬가지로 파동 특성을 유지하면서 전파 할 수 있기 때문에 생각됩니다

그림 2 반도체 장벽 층에서 TMR 장치의 실온에서 MR 비교

앞으로 MR 비율을 더욱 향상시키고 GA₂O₃우리는 필름에 전기장을 적용하여 출력 전류를 제어하기위한 게이트 구조의 작동을 설계하고 시연하며, 지금부터 약 5 년 동안 실용적인 수직 스핀 FET를 개발할 것입니다 이로 인해 에너지 절약이 극도로 작용하는 컴퓨터의 실현으로 이어질 것입니다

◆ 싱글 크리스탈

결정 전체에 일반적인 원자가있는 결정 모든 단결정은 단결정으로 구성됩니다 대조적으로, 장소에서 다른 결정 배열을 갖는 것을 다결정이라고한다 단결정은 재료의 기능을 향상시키고 장치 응용 분야에 중요합니다[참조로 돌아 가기]

◆ 터널 배리어 층, 터널 자기 저항 (TMR) 바카라

약 몇 나노 미터 두께의 매우 얇은 절연체 또는 반도체 (터널 배리어 층)가 두 개의 강자성 전극 사이에 샌드위치되는 장치 2 개의 강자성 층의 자화의 상대적 배향이 평행하고 반 선정 될 때 원소의 전기 저항이 변한다[참조로 돌아 가기]

◆ Magnetoristance Change Rate (MR 비율)

이것은 자기 적 바카라의 전기 저항 값의 변화의 백분율이며, 자성상 바카라에 대한 전형적인 공로입니다 값이 클수록 읽기 신호가 클수록 얻을 수 있습니다[참조로 돌아 가기]

◆ 수직 유형

이것은 기판 표면에 수직 인 방향으로 반도체 층을 통해 전류가 흐르는 구조를 나타냅니다 대조적으로, 전형적인 전계 효과 트랜지스터 (FET)에서, 전류는 기판 표면과 관련하여 수평으로 흐릅니다 기존의 스핀 FET 연구는 측면 구성에서 독점적으로 수행되었습니다
절연체는 정상적인 TMR 바카라의 터널 배리어 층에 사용되지만 수직 스핀 페트에 사용되는 TMR 바카라는 터널 배리어 레이어로 반도체로 만들어야합니다 그러나, 강자성 금속 필름에 고품질의 단결정 반도체 필름을 형성하는 것은 어려웠다 현재까지, 단결정 반도체 장벽 층이있는 몇몇 TMR 장치가보고되었지만, MR 비율은 실온에서 약 1-2%로 유지되었다[참조로 돌아 가기]

◆ 스핀 필드 효과 트랜지스터

전자 ​​스핀을 사용하여 메모리 기능을 제공하는 필드 효과 트랜지스터 (FET) 이것은 Spintronics 분야에서 개발 해야하는 바카라 중 하나입니다 일반적인 FET와 달리 전원이 꺼지는 경우에도 정보는 잃지 않습니다 이는 컴퓨터의 극도로 전력 절약에 큰 기여를하는 것으로 생각됩니다[참조로 돌아 가기]

◆ 보통 컴퓨터에서

현재 컴퓨터가 대기 상태이지만 대기 전원이 필요하지 않은 경우에도 전원을 소비하는 초전거 절약 컴퓨터 이를 실현하기 위해 컴퓨터에 사용되는 모든 메모리 바카라는 전기가 꺼져 있어도 정보를 잃지 않는 바카라로 대체해야합니다[참조로 돌아 가기]

◆ Ferromagnetic semiconductor

반도체 유사 전기 특성을 갖는 재료 및 강자성 특성을 나타냅니다 몇 % 망간을 함유하는 갈륨 비 세나이드 (GA, MN)는 전형적인 물질입니다 그러나 대부분의 물질은 실온 미만의 강자성 특성을 나타냅니다[참조로 돌아 가기]

◆ 분자 빔 에피 택시 방법

제조하려는 재료를 구성하는 바카라가 빔 모양이며 초고속 진공 상태에서 기판에 퇴적되어 관심있는 재료를 성장시키는 기술 일반적으로 고급 크리스탈 필름이 얻어진다[참조로 돌아 가기]

◆ 비정질

무질서한 배열 원자로 만든 재료와 그 상태 터널 배리어 층은 비교적 쉽게 형성 될 수 있습니다[참조로 돌아 가기]