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2014年9月15日 (月)

シリコンを用いたスピントランジスタの室温動作を世界に先駆けて実現 -半導体スピントロニクスにおける重要なマイルストーンを実現-

2014年9月8日 京都大学
 
詳細は、リンクを参照して下さい。
 
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 白石誠司 工学研究科教授と安藤裕一郎
同助教の研究グループは、TDK株式会社、
秋田県産業技術センターのグループと共同
で、現在のCMOS(相補型金属酸化膜半導体)
トランジスタの抱える技術的限界を突破
できる次世代の情報デバイスとも言える
スピンMOSトランジスタ(金属酸化膜半導体
型電界効果トランジスタ)の室温動作に
世界で初めて成功しました。
 
 本研究成果は、米国物理学会科学誌
「Physical Review Applied 」誌の
電子版に9月11日に公開の予定です。
 
 
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概要
 
 CMOSトランジスタの微細化によって
低消費電力化と高速動作を可能としてきた
シリコンベースの集積回路は、微細加工の
限界に起因するスケーリング則の限界に
直面しつつあります。
 
 また、CMOSトランジスタを用いた集積回路
は一般に情報が揮発性であり、情報の維持に
常に電力が必要であるために、省エネルギー
の観点からも大きな課題を抱えています。
 
 そのため、次世代の高度情報化社会の
中核を担う新動作原理を有する低消費電力、
かつ不揮発記憶機能を備えた革新的情報
デバイスの実現が希求されてきました。
 
 そのような革新的デバイスの一つが、
電子の有するスピン自由度を活用した
スピンMOSFETです。
 
 特にシリコンを用いたスピンMOSFETは、
シリコンがほぼ無尽蔵(ユビキタス)に
自然界に存在し無毒であること、シリコン
では情報伝播に用いるスピン角運動量が
比較的長時間保持できることが期待される
こと、さらに従来の
シリコンエレクトロニクスにおける技術面
・インフラ面での蓄積がそのまま利用可能
であることから、2007年頃から世界中で
その実現に向けて活発に研究が進められて
きました。
 
 シリコンスピンMOSFETの実現には、
シリコン中でスピンの伝導を実現すること、
さらにその伝導を外部電場で制御すること
が必要です。
 
 前者については2011年に本研究グループ
によってn型シリコンで、2013年には
白石グループがp型シリコンで、それぞれ
室温で実現していましたが、スピンの伝導
が縮退半導体領域のシリコンでしか実現
していなかったため、後者の実現が困難
であり、新たなチャレンジが求められて
いました。
 
 そこで本研究グループは、室温における
シリコン中のスピン伝導の検証と
磁気抵抗効果の観測を行いました。
 
 その結果、室温において非縮退シリコン
中での室温スピン伝導を世界で初めて成功
したことが確認されました。
 
 
詳しい研究内容について
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 良いですね。まず一歩です。
 
>室温において十分大きな磁気抵抗比を
>得ることと、スピン MOSFET を
>組み合わせた新しい論理システムなど
>のデモンストレーションが次の
>マイルストーンになります。
 
>シリコン中のスピン散乱の抑制や
>更に効率的なゲート電圧印加による
>スピン伝導の制御によって、
>新機能論理システムが実現すれば、
>現在の情報処理スキームの大変革に
>繋がることが期待されます。
 
 期待したいけれど、まだまだ時間が
かかりそう。

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