JP2009530827A - Spintronic device having constrained spintronic dopant and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

スピントロニクスデバイスは、少なくとも1つの超格子と、それに結合された少なくとも1つの電気コンタクトとを有し、前記少なくとも1つの超格子は複数のレイヤー群を含む。各レイヤー群は、結晶格子を有するベース半導体部分を画成する複数の積層されたベース半導体モノレイヤー、隣接し合うベース半導体部分の結晶格子内に拘束された少なくとも1つの非半導体モノレイヤー、及びスピントロニクスドーパントを含み得る。スピントロニクスドーパントは、前記少なくとも1つの非半導体モノレイヤーによって、ベース半導体部分の結晶格子内に拘束され得る。一部の実施形態において、超格子の反復構造は必要とされない。  The spintronic device has at least one superlattice and at least one electrical contact coupled thereto, the at least one superlattice including a plurality of layers. Each layer group includes a plurality of stacked base semiconductor monolayers defining a base semiconductor portion having a crystal lattice, at least one non-semiconductor monolayer constrained within the crystal lattice of adjacent base semiconductor portions, and spintronics A dopant may be included. The spintronic dopant can be constrained within the crystal lattice of the base semiconductor portion by the at least one non-semiconductor monolayer. In some embodiments, a repetitive structure of the superlattice is not required.

Description

本発明はエレクトロニクス分野に関し、より具体的には、スピン・ベース・エレクトロニクス分野及びその製造方法に関する。   The present invention relates to the field of electronics, and more specifically to the field of spin-based electronics and methods for manufacturing the same.

スピン・ベース・エレクトロニクス、すなわち、スピントロニクスは、電子の電荷と電子のスピンとの双方を利用し、例えば、高機能化、高速化、且つ/或いは低消費電力化された新たなデバイスを実現するものである。典型的なスピントロニクスデバイスは、図1A及び1Bに示すようなスピンバルブである。スピンバルブ11は、スピンが整列しているとき(図1A)は低い抵抗を提供し、スピンが整列していないとき(図1B)には高い抵抗を提供する。スピンバルブ11は、例えば、不揮発性記憶素子として使用され得る。他の典型的なスピントロニクスデバイスには、図2に概略的に示すようなスピンFET12や、図3に示すような量子ビットデバイス13がある。   Spin-based electronics, or spintronics, uses both the charge of electrons and the spin of electrons, for example, to realize new devices with higher functionality, higher speed, and / or lower power consumption. It is. A typical spintronic device is a spin valve as shown in FIGS. 1A and 1B. The spin valve 11 provides a low resistance when the spins are aligned (FIG. 1A) and a high resistance when the spins are not aligned (FIG. 1B). The spin valve 11 can be used as a nonvolatile memory element, for example. Other typical spintronic devices include a spin FET 12 as schematically shown in FIG. 2 and a qubit device 13 as shown in FIG.

例えば、特許文献1は、材料を非磁性状態から常温強磁性状態に変化させるのに十分な量の遷移元素若しくは希土類ランタニド、又はこれら双方を含む酸化亜鉛を含有する希釈磁性半導体(DMS)を開示している。この材料はバルク状であってもよいし、薄膜状であってもよい。DMS材料は、遷移金属イオン又は希土類ランタニドがホストの半導体材料の陽イオン(カチオン)を置換した半導体である。より具体的に、DMS材料15を図4Bに概略的に示す。左側の図4Aは磁性材料14であり、右側の図4Cは非磁性材料16である。   For example, Patent Document 1 discloses a diluted magnetic semiconductor (DMS) containing zinc oxide containing a sufficient amount of a transition element or rare earth lanthanide, or both, to change the material from a non-magnetic state to a room temperature ferromagnetic state. is doing. This material may be in the form of a bulk or a thin film. The DMS material is a semiconductor in which a transition metal ion or a rare earth lanthanide substitutes a cation (cation) of a host semiconductor material. More specifically, DMS material 15 is schematically illustrated in FIG. 4B. 4A on the left is a magnetic material 14 and FIG. 4C on the right is a nonmagnetic material 16.

特許文献2は、第1の導電領域と第2の導電領域との間に半金属領域を有するスピントロニクス・スイッチングデバイスを開示している。半金属領域は、真性フェルミ準位において少数スピンチャネル内に利用可能な電子状態が実質的に存在しない材料を含有している。第1の導電領域に対する半金属領域の電圧を変化させることにより、そのフェルミ準位は第1の導電領域の電子のエネルギーバンドに対して移動され、多数スピンチャネル内の利用可能な電子状態の数が変化する。その際、スイッチングデバイスを通過する多数スピン偏極電流が変化する。半金属領域はCrAsを含んでいてもよく、また導電領域はp型ドープあるいはn型ドープされた半導体を含んでいてもよい。例えば、p型ドープされた半導体はMnをドープされたGaAsとし得る。   Patent Document 2 discloses a spintronic switching device having a metalloid region between a first conductive region and a second conductive region. The metalloid region contains a material that is substantially free of available electronic states in the minority spin channel at the intrinsic Fermi level. By changing the voltage of the metalloid region relative to the first conductive region, its Fermi level is shifted relative to the energy band of the electrons in the first conductive region, and the number of available electronic states in the multiple spin channel. Changes. At that time, the multiple spin-polarized current passing through the switching device changes. The metalloid region may include CrAs, and the conductive region may include a p-type doped or n-type doped semiconductor. For example, the p-type doped semiconductor can be Mn-doped GaAs.

特許文献3は、常温で強磁性から半導体にスピン偏極されたキャリアを注入することにより得られるスピンバルブ効果を用いるメモリ及び論理デバイスとしてのスピントロニクスデバイスの応用と、スピン偏極される電界効果トランジスタとを開示している。強磁性体は、Fe、Co、Ni、FeCo、NiFe、GaMnAs、InMnAs、GeMn及びGaMnNのうちの何れか1つとして開示されており、例えばCrO等の100%のスピン偏極を有する半金属とし得る。上記の半導体は、Si、GaAs、InAs及びGeから選択された半導体としてもよい。また、スピンチャネル領域は、シリコン・オン・インシュレータ(SOI)又は化合物半導体の二次元電子ガスとして開示されている。 Patent Document 3 discloses an application of a spintronic device as a memory and a logic device using a spin valve effect obtained by injecting spin-polarized carriers from ferromagnetism to a semiconductor at room temperature, and a spin-polarized field effect transistor. Are disclosed. The ferromagnetic material is disclosed as any one of Fe, Co, Ni, FeCo, NiFe, GaMnAs, InMnAs, GeMn, and GaMnN, for example, a semimetal having 100% spin polarization such as CrO 2 It can be. The semiconductor may be a semiconductor selected from Si, GaAs, InAs, and Ge. The spin channel region is disclosed as a silicon-on-insulator (SOI) or compound semiconductor two-dimensional electron gas.

Jonkerらによる非特許文献1は、新たな自由度としてキャリアのスピンを使用する半導体ヘテロ構造を開示している。この文献は、デバイスに半導体スピントロニクス技術を実装するための4つの必須条件を開示するとともに、半導体へのスピン偏極キャリアの効率的な電気的注入がこの分野の進展を大きく妨げる重大な課題となっていることを提示している。この文献は更に、材料の品質の進歩により、Ga1−xMnAsのキュリー温度が、常温を超える可能性を秘める約150Kまで高められたことを開示している。スピンに依存する共鳴トンネル現象が、トンネル接触のスピン選択性を非常に効率的に高めるものとして特定されている。2つの絶縁障壁と2つの強磁性半導体電極との間に非磁性半導体量子井戸を有する二重障壁ヘテロ接合(DBH)は、量子井戸及び障壁のパラメータが適切に調整されるとき、半金属接合として振る舞い得る。 Non-Patent Document 1 by Jonker et al. Discloses a semiconductor heterostructure using carrier spin as a new degree of freedom. This document discloses four essential conditions for implementing semiconductor spintronics technology in a device, and the efficient electrical injection of spin-polarized carriers into a semiconductor is a serious issue that greatly hinders the progress of this field. That you are presenting. This reference further discloses that due to advances in material quality, the Curie temperature of Ga 1-x Mn x As has been increased to about 150 K, which has the potential to exceed room temperature. A spin-dependent resonant tunneling phenomenon has been identified as one that increases the spin selectivity of tunnel contacts very efficiently. A double-barrier heterojunction (DBH) having a non-magnetic semiconductor quantum well between two insulating barriers and two ferromagnetic semiconductor electrodes is a semi-metal junction when the quantum well and barrier parameters are appropriately adjusted. Can behave.

現行のスピンエレクトロニクス技術は、現在使用されている材料によって制約されている。例えば、Jonkerらにより言及されているように、効率的なスピンキャリア注入を有することが重要である。また、既存の半導体処理技術との製造上及び動作上の適合性を有することが望ましい。また、磁気秩序温度又はキュリー温度を、より一般的な100−200Kではなく、常温又は常温近くまですることが望ましい。1つの可能性ある取り組みは、上述の特許文献3に開示されているようなDMS材料である。   Current spin electronics technology is limited by the materials currently in use. For example, it is important to have efficient spin carrier injection, as mentioned by Jonker et al. It is also desirable to have manufacturing and operational compatibility with existing semiconductor processing technologies. Further, it is desirable that the magnetic ordering temperature or the Curie temperature is not a more general 100-200K, but a normal temperature or near normal temperature. One possible approach is a DMS material as disclosed in US Pat.

別のスピントロニクスデバイス構造として、例えば非特許文献2にて開示されているようなディジタル強磁性ヘテロ構造(DFH)がある。この文献は、GaAs内のMnの溶解限度はかなり低いが、MnAs/GaAs超格子を形成するGaAs内の閃亜鉛鉱型MnAsサブモノレイヤにおいては高いMn濃度が得られるということに言及している。従来技術に係るDFH構造18の概略図を図5に示す。DFH構造18は、シリコン超格子内にMnの形で遷移金属(Tm)を有する。これは、フェルミ準位での大きいスピン偏極、大きい磁気抵抗効果、及びバルク内においてよりも高いキュリー温度を有し得るが、熱的安定性が低いという問題を有する。   As another spintronic device structure, for example, there is a digital ferromagnetic heterostructure (DFH) as disclosed in Non-Patent Document 2. This document mentions that although the solubility limit of Mn in GaAs is quite low, a high Mn concentration is obtained in the zincblende MnAs submonolayer in GaAs forming MnAs / GaAs superlattices. . A schematic diagram of a DFH structure 18 according to the prior art is shown in FIG. The DFH structure 18 has a transition metal (Tm) in the form of Mn in a silicon superlattice. This can have a large spin polarization at the Fermi level, a large magnetoresistive effect, and a higher Curie temperature than in the bulk, but has the problem of low thermal stability.

残念ながら、スピントロニクス用の材料及び構造の多くは、例えばMn等のスピントロニクスドーパントの濃度がかなり低いものである。スピンエレクトロニクスドーパントは、特に濃度が高められるとき、及び/又はデバイスが熱処理工程にかけられるとき、結晶格子から脱落する傾向にある。
米国特許出願公開第2006/0018816号明細書 米国特許出願公開第2005/0258416号明細書 米国特許出願公開第2004/0178460号明細書 Jonker等、「Electrical Spin Injection and Transport in Semiconductor Spintronic Devices」、MRS Bulletin、2003年10月、p.740-748 Sanvito等、「Ab Initio Transport Theory for Digital Ferromagnetic Heterostructure」、Physical Review Letters、第87巻、第26号、2001年12月24日、p.1-4
Unfortunately, many of the materials and structures for spintronics have fairly low concentrations of spintronic dopants such as Mn. Spin electronics dopants tend to fall out of the crystal lattice, especially when the concentration is increased and / or when the device is subjected to a heat treatment step.
US Patent Application Publication No. 2006/0018816 US Patent Application Publication No. 2005/0258416 US Patent Application Publication No. 2004/0178460 Jonker et al., `` Electrical Spin Injection and Transport in Semiconductor Spintronic Devices '', MRS Bulletin, October 2003, p.740-748 Sanvito et al., "Ab Initio Transport Theory for Digital Ferromagnetic Heterostructure", Physical Review Letters, Vol. 87, No. 26, December 24, 2001, p.1-4

本発明は、以上の背景技術に鑑み、製造が容易で、例えば常温又はそれを上回る温度で良好なスピントロニクス特性を示す、スピントロニクスデバイスを提供することを目的とする。   In view of the above background art, an object of the present invention is to provide a spintronic device that is easy to manufacture and exhibits good spintronic characteristics at, for example, room temperature or higher.

本発明に従った上記及びその他の目的、特徴及び効果は、少なくとも1つの超格子と、それに結合された少なくとも1つの電気コンタクトとを有し、前記少なくとも1つの超格子は複数のレイヤー群を有するスピントロニクスデバイスによって果たされる。各レイヤー群は、結晶格子を有するベース半導体部分を画成する複数の積層されたベース半導体モノレイヤー、隣接し合うベース半導体部分の結晶格子内に拘束された少なくとも1つの非半導体モノレイヤー、及びスピントロニクスドーパントを有し得る。さらに、スピントロニクスドーパントは、前記少なくとも1つの非半導体モノレイヤーによってベース半導体部分の結晶格子内に拘束され得る。従って、スピントロニクスドーパントの脱落(precipitation)の可能性を低減しながら、相当に高いスピントロニクスドーパント濃度を達成・維持し得る。   These and other objects, features and advantages in accordance with the present invention include at least one superlattice and at least one electrical contact coupled thereto, wherein the at least one superlattice has a plurality of layers. Fulfilled by spintronic devices. Each layer group includes a plurality of stacked base semiconductor monolayers defining a base semiconductor portion having a crystal lattice, at least one non-semiconductor monolayer constrained within the crystal lattice of adjacent base semiconductor portions, and spintronics Can have a dopant. Further, the spintronic dopant can be constrained within the crystal lattice of the base semiconductor portion by the at least one non-semiconductor monolayer. Accordingly, a considerably higher spintronic dopant concentration can be achieved and maintained while reducing the possibility of precipitating the spintronic dopant.

スピントロニクスドーパントは、前記少なくとも1つの非半導体モノレイヤーに隣接する少なくとも1つのスピントロニクスドーパントモノレイヤーを有し得る。例えば、エネルギー準位がスピントロニクスドーパントの非半導体への引き付け及び保持に有利に作用する場合、そうであり得る。スピントロニクスドーパントは、例えばマンガン、鉄及びクロムのうちの少なくとも1つといった遷移金属を有していてもよい。これに代えて、あるいは加えて、スピントロニクスドーパントは、例えば希土類ランタニド等の希土類元素を有していてもよい。   The spintronic dopant can have at least one spintronic dopant monolayer adjacent to the at least one non-semiconductor monolayer. For example, this may be the case if the energy level favors the attraction and retention of the spintronic dopant to the non-semiconductor. The spintronic dopant may comprise a transition metal such as at least one of manganese, iron and chromium. Alternatively or in addition, the spintronic dopant may include a rare earth element such as a rare earth lanthanide.

非半導体は、例えば、酸素、窒素、フッ素、炭素−酸素、及び硫黄のうちの1つ以上を有していてもよい。半導体はシリコンを有していてもよく、あるいは更に一般的に、IV族半導体、III−V族半導体、及びII−VI族半導体からなるグループから選択された半導体を有していてもよい。超格子が常温以上のキュリー温度を示すよう、具体的な材料及び構造的な構成が好ましく選択され得る。   The non-semiconductor may have one or more of oxygen, nitrogen, fluorine, carbon-oxygen, and sulfur, for example. The semiconductor may comprise silicon or, more generally, may comprise a semiconductor selected from the group consisting of group IV semiconductors, group III-V semiconductors, and group II-VI semiconductors. Specific materials and structural configurations can be preferably selected such that the superlattice exhibits a Curie temperature above room temperature.

スピントロニクスデバイスの一実施形態はスピントロニクス電界効果トランジスタである。それに沿って、スピントロニクスFETは、ソースとドレインとを画成するように一対の超格子を空間的に相隔てて担持する基板、ソースとドレインとの間のチャネル、及びチャネルに隣接するゲートを含み得る。スピントロニクスデバイスの他の一実施形態はスピンバルブである。このスピンバルブは、一対の超格子を空間的に相隔てて担持する基板、及び前記一対の超格子間のスペーサを含み得る。   One embodiment of a spintronic device is a spintronic field effect transistor. Along with that, the spintronic FET includes a substrate carrying a pair of superlattices spaced apart so as to define the source and drain, a channel between the source and drain, and a gate adjacent to the channel. obtain. Another embodiment of the spintronic device is a spin valve. The spin valve may include a substrate carrying a pair of superlattices spaced apart from each other and a spacer between the pair of superlattices.

一部の実施形態において、超格子の反復構造は必要とされない。言い換えると、スピントロニクスデバイスは、結晶格子を有するベース半導体部分を画成する複数の積層されたベース半導体モノレイヤー、前記結晶格子内に拘束された少なくとも1つの非半導体モノレイヤー、及び前記少なくとも1つの非半導体モノレイヤーによってベース半導体部分の結晶格子内に拘束されたスピントロニクスドーパントを有していてもよい。さらに、このデバイスは、ベース半導体部分に結合された電気コンタクトを含んでいてもよい。   In some embodiments, a repetitive structure of the superlattice is not required. In other words, the spintronic device comprises a plurality of stacked base semiconductor monolayers that define a base semiconductor portion having a crystal lattice, at least one non-semiconductor monolayer constrained within the crystal lattice, and the at least one non-conductor layer. There may be a spintronic dopant constrained within the crystal lattice of the base semiconductor portion by the semiconductor monolayer. In addition, the device may include an electrical contact coupled to the base semiconductor portion.

スピントロニクスデバイスの製造方法に係る態様は、少なくとも1つの超格子を形成する工程と、該超格子に結合された少なくとも1つの電気コンタクトを形成する工程とを有し、前記少なくとも1つの超格子は複数のレイヤー群を有する。各レイヤー群は、結晶格子を有するベース半導体部分を画成する複数の積層されたベース半導体モノレイヤー、隣接し合うベース半導体部分の結晶格子内に拘束された少なくとも1つの非半導体モノレイヤー、及びスピントロニクスドーパントを有し得る。さらに、スピントロニクスドーパントは、前記少なくとも1つの非半導体モノレイヤーによってベース半導体部分の結晶格子内に拘束され得る。ここでの開示に基づいて、その他の方法の態様も当業者に理解されることになる。   An aspect relating to a method of manufacturing a spintronic device includes a step of forming at least one superlattice and a step of forming at least one electrical contact coupled to the superlattice, wherein the at least one superlattice includes a plurality of superlattices. It has a layer group. Each layer group includes a plurality of stacked base semiconductor monolayers defining a base semiconductor portion having a crystal lattice, at least one non-semiconductor monolayer constrained within the crystal lattice of adjacent base semiconductor portions, and spintronics Can have a dopant. Further, the spintronic dopant can be constrained within the crystal lattice of the base semiconductor portion by the at least one non-semiconductor monolayer. Based on the disclosure herein, other method aspects will be appreciated by those skilled in the art.

以下、本発明の好適な実施形態が示された添付図面を参照しながら、本発明を更に十分に説明する。本発明は、しかしながら、数多くの異なる形態で具現化され得るものであり、ここで説明される実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、ここでの開示を完全なものとし、本発明の範囲を当業者に十分に伝えるために提示されるものである。全体を通して、似通った参照符号は似通った要素を参照するものとする。   The present invention will now be described more fully hereinafter with reference to the accompanying drawings, in which preferred embodiments of the invention are shown. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein; Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Throughout, similar reference numbers shall refer to similar elements.

先ず、図6のA及びBを参照して、本発明の第1実施例を説明する。図6(A)に概略的に示したDFH構造20において、例えばMn等の遷移金属を含むSi超格子に酸素が含められている。図6(B)のエネルギー準位図21にて見て取れるように、Mnは酸素の層に近付くほど低いエネルギーを有する。言い換えると、Mn原子がシリコン原子にくっつくと、この構造はエネルギー的に最も好ましいものとなり、Mn原子はシリコン内で適切に位置付けられ、拘束される。当業者に認識されるように、酸素原子に対してMn原子を相対的に位置付けることは、例えば、キュリー温度(Tc)を調整するために使用され得る。例えば、2Dの拘束系ではTcは常温よりも遙かに高くなり得る。酸素を含むDFH構造20は、有利なことに、従来構造よりも熱的に安定である。   First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6A and 6B. In the DFH structure 20 schematically shown in FIG. 6A, oxygen is included in a Si superlattice containing a transition metal such as Mn. As can be seen in the energy level diagram 21 of FIG. 6B, Mn has a lower energy as it approaches the oxygen layer. In other words, when the Mn atom sticks to the silicon atom, this structure is the most energetically favorable and the Mn atom is properly positioned and constrained in the silicon. As will be appreciated by those skilled in the art, positioning the Mn atom relative to the oxygen atom can be used, for example, to adjust the Curie temperature (Tc). For example, in a 2D restraint system, Tc can be much higher than room temperature. The oxygen-containing DFH structure 20 is advantageously more thermally stable than conventional structures.

Mnは、例えば、シリコン単結晶構造内に小さい応力しか置換的に導入しない。Mnはスピントロニクスデバイスに好適な遷移金属の一例である。当業者に認識されるように、例えばFeやCr等のその他の物質が同様に用いられてもよい。例えば希土類ランタニド等の希土類元素も用いられ得る。   For example, Mn substitutes only a small stress in the silicon single crystal structure. Mn is an example of a transition metal suitable for a spintronic device. As will be appreciated by those skilled in the art, other materials such as Fe and Cr may be used as well. For example, rare earth elements such as rare earth lanthanides can also be used.

酸素に代えて、あるいは酸素に組み合わせて、その他の物質が用いられてもよい。例えば、窒素、フッ素、炭素−酸素、及び硫黄は好適物質である。また、例示的にSiの形としたベース半導体は、IV族半導体、III−V族半導体、及びII−VI族半導体から選択された半導体とし得る。当然ながら、用語IV族半導体はIV−IV族半導体を含む。   Other substances may be used instead of oxygen or in combination with oxygen. For example, nitrogen, fluorine, carbon-oxygen, and sulfur are suitable materials. Also, the base semiconductor, illustratively in the form of Si, may be a semiconductor selected from a group IV semiconductor, a group III-V semiconductor, and a group II-VI semiconductor. Of course, the term group IV semiconductor includes group IV-IV semiconductors.

DFH構造22の様々な層の電荷及びスピンの密度と、Si単結晶超格子内にMnに加えて酸素を組み込むこととを図7に概略的に示す。層1は、層6及び層16というその他の層とは対照的に、導電状態にあるように図示されている。   The charge and spin densities of the various layers of the DFH structure 22 and the incorporation of oxygen in addition to Mn into the Si single crystal superlattice are schematically illustrated in FIG. Layer 1 is shown in a conductive state, as opposed to the other layers, layers 6 and 16.

シリコン格子内に酸素とともに組み込まれた遷移金属(例えば、Mn)を含む概略的な原子モデル25を図8に示す。図9を参照するに、スピンアップ(spin-up)エネルギー状態27(上図)と、スピンダウン(spin-down)エネルギー状態28(下図)が示されている。スピンアップエネルギー図27は、当業者に認識されるように、また、スピンダウン図28の場合のフェルミ準位における高いエネルギー状態とは対照的に、フェルミ準位において低いエネルギー状態のために電流が流れることを指し示している。   A schematic atomic model 25 comprising a transition metal (eg, Mn) incorporated with oxygen in a silicon lattice is shown in FIG. Referring to FIG. 9, a spin-up energy state 27 (upper diagram) and a spin-down energy state 28 (lower diagram) are shown. The spin-up energy diagram 27, as will be appreciated by those skilled in the art, and in contrast to the high energy state at the Fermi level in the case of the spin-down diagram 28, the current is due to the low energy state at the Fermi level. It points to flowing.

更に図10のA−Cをも参照するに、様々なSi−Mn−O構造の相対的なエネルギーが概略的に示されている。より具体的には、隣接し合うMn原子間に酸素原子を有する図10(A)に示した構造31は最も低い安定性を示し、一対のMn原子から離れた酸素原子を有する図10(B)に示した構造32は中間の安定性を示し、一対のMn原子の一方に結合された酸素原子を有する図10(C)に示した構造33は最も高い相対的な安定性を示す。   Still referring to FIGS. 10A-C, the relative energies of various Si—Mn—O structures are schematically shown. More specifically, the structure 31 shown in FIG. 10A having an oxygen atom between adjacent Mn atoms shows the lowest stability, and FIG. 10B shows an oxygen atom separated from a pair of Mn atoms. The structure 32 shown in FIG. 10C shows intermediate stability, and the structure 33 shown in FIG. 10C having an oxygen atom bonded to one of a pair of Mn atoms shows the highest relative stability.

一部の実施形態において、スピントロニクスデバイスは、少なくとも1つの超格子と、それに結合された少なくとも1つの電気コンタクトとを有し、この少なくとも1つの超格子は複数のレイヤー群を有する。各レイヤー群は、結晶格子を有するベース半導体部分を画成する複数の積層されたベース半導体モノレイヤー、隣接し合うベース半導体部分の結晶格子内に拘束された少なくとも1つの非半導体モノレイヤー、及びスピントロニクスドーパントを有し得る。ベース半導体部分は、例えば、5層から30層のモノレイヤーを有する。スピントロニクスドーパントは、上記少なくとも1つの非半導体モノレイヤーによって、ベース半導体部分の結晶格子内に拘束され得る。従って、スピントロニクスドーパントの脱落の可能性を低減しながら、比較的高いスピントロニクスドーパント濃度を達成・維持し得る。例えば、スピントロニクスドーパントの濃度は約0.1−10%の範囲内にし得る。   In some embodiments, the spintronic device has at least one superlattice and at least one electrical contact coupled thereto, the at least one superlattice having a plurality of layers. Each layer group includes a plurality of stacked base semiconductor monolayers defining a base semiconductor portion having a crystal lattice, at least one non-semiconductor monolayer constrained within the crystal lattice of adjacent base semiconductor portions, and spintronics Can have a dopant. The base semiconductor portion has, for example, 5 to 30 monolayers. The spintronic dopant can be constrained within the crystal lattice of the base semiconductor portion by the at least one non-semiconductor monolayer. Accordingly, a relatively high spintronic dopant concentration can be achieved and maintained while reducing the possibility of spintronic dopant shedding. For example, the concentration of the spintronic dopant can be in the range of about 0.1-10%.

スピントロニクスドーパントは、上記少なくとも1つの非半導体モノレイヤーに隣接する少なくとも1つのスピントロニクスドーパントモノレイヤーを有し得る。例えば、エネルギー準位がスピントロニクスドーパントの非半導体への引き付け及び保持に有利に作用する場合、そうであり得る。   The spintronic dopant can have at least one spintronic dopant monolayer adjacent to the at least one non-semiconductor monolayer. For example, this may be the case if the energy level favors the attraction and retention of the spintronic dopant to the non-semiconductor.

例えば電荷キャリアの移動度を高めるようにエネルギーバンド修正を達成するための、シリコン及び酸素を含む超格子構造に関する更なる詳細が、例えば本願出願人の米国特許第6891188号及び第7153763号の明細書に記載されている。なお、参照することにより、それらの内容全体をここに援用する。理論に囚われたくはないが、出願人は、ここで説明されるスピントロニクスデバイスによれば、当業者に認識されるように、非半導体モノレイヤーが、特に後続の如何なる熱処理工程中にも、スピントロニクスドーパントが脱落しないように、該ドーパントを収集するように、あるいは少なくとも封じ込めるように作用し得ることを理論化する。一部の実施形態において、スピントロニクスドーパントは原子層堆積法によって添加されてもよい。他の実施形態においては、例えば、スピントロニクスドーパントはイオン注入によって添加され、必要に応じて、その後にアニールされてもよい。その間、非半導体モノレイヤーは該ドーパントを少なくとも封じ込めるように作用する。   For further details regarding superlattice structures containing silicon and oxygen, for example to achieve energy band modification to increase charge carrier mobility, see, for example, US Pat. Nos. 6,891,188 and 7,153,763 of the Applicant. It is described in. Note that the entire contents thereof are incorporated herein by reference. While not wishing to be bound by theory, applicants have found that, according to the spintronic devices described herein, non-semiconductor monolayers can become spintronic dopants, especially during any subsequent thermal processing steps, as will be appreciated by those skilled in the art. It is theorized that the dopant can act to collect, or at least contain, so that it does not fall off. In some embodiments, the spintronic dopant may be added by atomic layer deposition. In other embodiments, for example, the spintronic dopant may be added by ion implantation and optionally annealed thereafter. Meanwhile, the non-semiconductor monolayer acts to at least contain the dopant.

非半導体モノレイヤーは当初、非連続的に形成されてもよい。すなわち、例えば、非半導体モノレイヤーは当初、シリコン格子内の酸素を受け入れ可能な全ての位置が充たされていなくてもよい。また、出願人は、やはり理論には囚われたくないが、モノレイヤーの原子層堆積(ALD)は、特にその後に熱処理に晒されるとき、明確に規定された、あるいは正確に規定されたモノレイヤーではなく、原子レベルでのクラスターを形成する傾向にあることを理論化する。例えば、超格子は場合により、シャロー・トレンチ・アイソレーション(STI)の形成の前に形成され、それ故にSTI形成時に熱処理に晒される。   Non-semiconductor monolayers may initially be formed discontinuously. That is, for example, a non-semiconductor monolayer may not initially be filled at all positions in the silicon lattice that can accept oxygen. Also, applicants still do not want to be bound by theory, but monolayer atomic layer deposition (ALD) is particularly well-defined or precisely defined monolayers, especially when subsequently subjected to heat treatment. Theorized that there is a tendency to form clusters at the atomic level. For example, the superlattice is optionally formed prior to the formation of shallow trench isolation (STI) and is therefore subjected to heat treatment during STI formation.

従って、モノレイヤーという用語は、当業者に認識されるように、この理論化されたクラスター形成現象にも及ぶものであり、正確な数学的あるいは原子的なスティックモデルレイヤーに限定されるものではない。出願人はまた、理論に囚われたくはないが、クラスター形成現象は、スピントロニクスドーパントとともに、特にMnがOに引き付けられる例えばSi−O−Mn等の材料の組み合わせの場合に発生すると考えられ得ることを理論化する。   Thus, the term monolayer extends to this theorized clustering phenomenon, as will be appreciated by those skilled in the art, and is not limited to an exact mathematical or atomic stick model layer. . Applicants also do not want to be bound by theory, but that the clustering phenomenon can be considered to occur with spintronic dopants, especially in the case of a combination of materials such as Si-O-Mn, where Mn is attracted to O. Theorize.

ここで説明される原理を更に拡張するに、一部の実施形態において、超格子の反復構造は必要とされないことがある。言い換えると、スピントロニクスデバイスは、結晶格子を有するベース半導体部分を画成する複数の積層されたベース半導体モノレイヤー、結晶格子内に拘束された少なくとも1つの非半導体モノレイヤー、及び上記少なくとも1つの非半導体モノレイヤーによってベース半導体部分の結晶格子内に拘束されたスピントロニクスドーパントを有していてもよい。スピントロニクスデバイスはまた、ベース半導体部分に結合された電気コンタクトを含んでいてもよい。   To further extend the principles described herein, in some embodiments, a superlattice repetitive structure may not be required. In other words, the spintronic device includes a plurality of stacked base semiconductor monolayers defining a base semiconductor portion having a crystal lattice, at least one non-semiconductor monolayer constrained within the crystal lattice, and the at least one non-semiconductor There may be a spintronic dopant constrained by the monolayer within the crystal lattice of the base semiconductor portion. The spintronic device may also include an electrical contact coupled to the base semiconductor portion.

次に図11をも参照して、スピントロニクス電界効果トランジスタ(FET)40の形態をしたスピントロニクスデバイスの一例を説明する。スピントロニクスFET40は、例示的に、半導体基板41を含んでおり、半導体基板41は、空間的に相隔てられてソース43とドレイン44とを規定する一対の超格子、ソースとドレインとの間のチャネル45、及びチャネルに隣接するゲート50を担持している。ゲート50は、誘電体層52と、その上のゲート電極又はゲートコンタクト51を含んでいる。   Next, an example of a spintronic device in the form of a spintronic field effect transistor (FET) 40 will be described with reference to FIG. The spintronics FET 40 illustratively includes a semiconductor substrate 41, which is a pair of superlattices that are spaced apart to define a source 43 and a drain 44, a channel between the source and drain. 45 and a gate 50 adjacent to the channel. The gate 50 includes a dielectric layer 52 and a gate electrode or gate contact 51 thereon.

説明を明瞭にするため、ソース43及びドレイン44は、反復的な超格子群を概略的に表す水平方向に延在する複数の直線を用いて示し、スピントロニクスドーパントはドットで表す。ソースコンタクト46及びドレインコンタクト47が、例示的に、それぞれソース43及びドレイン44に結合されている。チャネル45も例示的に超格子の形態をしているが、スピントロニクスドーパントを有していない。他の実施形態においては、当業者に認識されるように、チャネルは超格子である必要はない。更に他の実施形態においては、ソース又はドレインの一方のみが超格子であってもよい。   For clarity of explanation, the source 43 and drain 44 are shown using a plurality of horizontally extending lines that schematically represent repetitive superlattice groups, and the spintronic dopant is represented by dots. Source contact 46 and drain contact 47 are illustratively coupled to source 43 and drain 44, respectively. Channel 45 is also illustratively in the form of a superlattice, but does not have a spintronic dopant. In other embodiments, the channel need not be a superlattice, as will be appreciated by those skilled in the art. In still other embodiments, only one of the source or drain may be a superlattice.

スピントロニクスデバイスの他の一実施形態は、図12をも参照して説明されるスピンバルブ60である。スピンバルブ60もまた半導体基板61を含んでおり、半導体基板61は、その上面に、スペーサ66を介して空間的に相隔てられた一対の超格子62、63を担持している。超格子62、63には、それぞれの電気コンタクト64、65が結合されている。当業者に認識されるように、超格子62、63の一方はピン止め(pinned)されるように、あるいは硬質強磁性領域となるように構築される一方で、他方は軟質強磁性領域にされてもよい。   Another embodiment of the spintronic device is a spin valve 60 described also with reference to FIG. The spin valve 60 also includes a semiconductor substrate 61, and the semiconductor substrate 61 carries a pair of superlattices 62 and 63 spatially separated by spacers 66 on the upper surface thereof. Respective electrical contacts 64 and 65 are coupled to the superlattices 62 and 63. As will be appreciated by those skilled in the art, one of the superlattices 62, 63 is configured to be pinned or to be a hard ferromagnetic region while the other is a soft ferromagnetic region. May be.

方法の一態様は、スピントロニクスデバイスを製造する方法であり、少なくとも1つの超格子を形成する工程と、該超格子に結合される少なくとも1つの電気コンタクトを形成する工程とを有し、この少なくとも1つの超格子は複数のレイヤー群を有する。各レイヤー群は、結晶格子を有するベース半導体部分を画成する複数の積層されたベース半導体モノレイヤー、隣接し合うベース半導体部分の結晶格子内に拘束された少なくとも1つの非半導体モノレイヤー、及びスピントロニクスドーパントを有し得る。また、スピントロニクスドーパントは、上記少なくとも1つの非半導体モノレイヤーによって、ベース半導体部分の結晶格子内に拘束され得る。ここでの教示に基づいて、当業者にはその他の方法の態様も理解されるであろう。   One aspect of the method is a method of manufacturing a spintronic device, comprising forming at least one superlattice and forming at least one electrical contact coupled to the superlattice, the at least one One superlattice has a plurality of layers. Each layer group includes a plurality of stacked base semiconductor monolayers defining a base semiconductor portion having a crystal lattice, at least one non-semiconductor monolayer constrained within the crystal lattice of adjacent base semiconductor portions, and spintronics Can have a dopant. The spintronic dopant can also be constrained within the crystal lattice of the base semiconductor portion by the at least one non-semiconductor monolayer. Based on the teachings herein, other method aspects will be apparent to those of skill in the art.

ここで説明されたスピントロニクスデバイスは、スピントロニクスFET及びスピンバルブを含めて、当業者に認識されるように、超格子の反復構造を用いずに構成されてもよい。ここで説明された材料は、特に、界面での材料の相性の適合性に拠るものと考えられるスピンキャリアの注入効率の向上のため、数多くのスピントロニクスデバイスにて使用され得る。デバイスの熱的安定性も大幅に向上する。これは、酸素が結晶格子内に保持され、Mnが酸素原子の隣で熱的に安定になることに拠るものと考えられる。スピントロニクス分野における一般的な参考文献には、更に、ParkらによるScience誌295巻の651頁の論文(2002年)、QianらによるPhys.Rev.Lett.96巻の027211頁の論文(2006年)、及び大野らによるNature誌402巻の790頁の論文(1999年)がある。   The spintronic devices described herein, including spintronic FETs and spin valves, may be configured without using superlattice repetitive structures, as will be appreciated by those skilled in the art. The materials described herein can be used in numerous spintronic devices, particularly for improving spin carrier injection efficiency, which is believed to be due to the compatibility of the materials at the interface. The thermal stability of the device is also greatly improved. This is believed to be due to oxygen being retained in the crystal lattice and Mn being thermally stable next to the oxygen atom. General references in the field of spintronics also include Park et al., Science 295, page 651 (2002), Qian et al., Phys. Rev. Lett. There are 96 volumes of 027211 pages (2006) and Ono et al., Nature volume 402 pages of 790 pages (1999).

以上の説明及び添付図面にて提示された教示の恩恵を受けた当業者は、数多くの変更及び本発明のその他の実施形態に想到するであろう。故に、本発明はここで開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、このような変更及び実施形態は本発明の範囲に含まれるものである。   Those skilled in the art who have benefited from the teachings presented in the foregoing description and the accompanying drawings will envision numerous modifications and other embodiments of the invention. Thus, the present invention is not limited to the specific embodiments disclosed herein, and such modifications and embodiments are intended to be included within the scope of the present invention.

低抵抗状態にある従来技術に係るスピンバルブを示す概略図である。It is the schematic which shows the spin valve which concerns on the prior art in a low resistance state. 高抵抗状態にある図1Aの従来技術に係るスピンバルブを示す概略図である。1B is a schematic diagram illustrating the prior art spin valve of FIG. 1A in a high resistance state. FIG. 従来技術に係るスピンFETを概略的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows schematically the spin FET which concerns on a prior art. 従来技術に係る量子ビットデバイスを示す概略図である。It is the schematic which shows the qubit device which concerns on a prior art. 従来技術に係る磁性材料を示す概略図である。It is the schematic which shows the magnetic material which concerns on a prior art. 従来技術に係る希釈磁性材料を示す概略図である。It is the schematic which shows the dilution magnetic material which concerns on a prior art. 従来技術に係る非磁性材料を示す概略図である。It is the schematic which shows the nonmagnetic material which concerns on a prior art. 従来技術に係るディジタル強磁性ヘテロ構造を概略的に示す原子図である。1 is an atomic diagram schematically showing a digital ferromagnetic heterostructure according to the prior art. A及びBは、それぞれ、本発明に従ったDFHを示す概略図及び該DFHのエネルギー準位図である。A and B are a schematic diagram showing a DFH according to the present invention and an energy level diagram of the DFH, respectively. 本発明に従ったDFH構造を概略的に示す原子図である。1 is an atomic diagram schematically showing a DFH structure according to the present invention. FIG. 本発明に従ったスピントロニクスデバイス用の超格子の一部を概略的に示す原子図である。1 is an atomic diagram schematically showing a part of a superlattice for a spintronic device according to the present invention. FIG. 図8に示した超格子に関する結合エネルギー図である。FIG. 9 is a bond energy diagram for the superlattice shown in FIG. 8. A−Cは、本発明に従ったスピントロニクスデバイスにおけるSi、O及びMnの相対原子位置を概略的に示す原子図である。AC is an atomic diagram schematically showing the relative atomic positions of Si, O and Mn in the spintronic device according to the present invention. 本発明に従ったスピントロニクスFETを概略的に示す断面図である。1 is a cross-sectional view schematically showing a spintronic FET according to the present invention. 本発明に従ったスピンバルブを概略的に示す断面図である。1 is a cross-sectional view schematically showing a spin valve according to the present invention.

Claims (42)

少なくとも1つの超格子;及び
前記少なくとも1つの超格子に結合された少なくとも1つの電気コンタクト;
を有するスピントロニクスデバイスであって:
前記少なくとも1つの超格子は複数のレイヤー群を有し、各レイヤー群は:
結晶格子を有するベース半導体部分を画成する複数の積層されたベース半導体モノレイヤー、
隣接し合うベース半導体部分の前記結晶格子内に拘束された少なくとも1つの非半導体モノレイヤー、及び
前記少なくとも1つの非半導体モノレイヤーによって前記ベース半導体部分の前記結晶格子内に拘束されたスピントロニクスドーパント、
を有する、
スピントロニクスデバイス。
At least one superlattice; and at least one electrical contact coupled to the at least one superlattice;
A spintronic device having:
The at least one superlattice has a plurality of layer groups, each layer group:
A plurality of stacked base semiconductor monolayers defining a base semiconductor portion having a crystal lattice;
At least one non-semiconductor monolayer constrained within the crystal lattice of adjacent base semiconductor portions, and a spintronic dopant constrained within the crystal lattice of the base semiconductor portion by the at least one non-semiconductor monolayer;
Having
Spintronic devices.
前記スピントロニクスドーパントは、前記少なくとも1つの非半導体モノレイヤーに隣接する少なくとも1つのスピントロニクスドーパントモノレイヤーを有する、請求項1に記載のスピントロニクスデバイス。   The spintronic device of claim 1, wherein the spintronic dopant has at least one spintronic dopant monolayer adjacent to the at least one non-semiconductor monolayer. 前記スピントロニクスドーパントは遷移金属を有する、請求項1に記載のスピントロニクスデバイス。   The spintronic device of claim 1, wherein the spintronic dopant comprises a transition metal. 前記スピントロニクスドーパントはマンガンを有する、請求項1に記載のスピントロニクスデバイス。   The spintronic device of claim 1, wherein the spintronic dopant comprises manganese. 前記少なくとも1つの遷移金属は、マンガン、鉄及びクロムのうちの1つ以上を有する、請求項3に記載のスピントロニクスデバイス。   4. The spintronic device of claim 3, wherein the at least one transition metal comprises one or more of manganese, iron and chromium. 前記スピントロニクスドーパントは希土類元素を有する、請求項1に記載のスピントロニクスデバイス。   The spintronic device of claim 1, wherein the spintronic dopant comprises a rare earth element. 前記希土類元素は希土類ランタニドを有する、請求項6に記載のスピントロニクスデバイス。   The spintronic device of claim 6, wherein the rare earth element comprises a rare earth lanthanide. 前記非半導体は酸素を有する、請求項1に記載のスピントロニクスデバイス。   The spintronic device of claim 1, wherein the non-semiconductor comprises oxygen. 前記非半導体は、酸素、窒素、フッ素、炭素−酸素、及び硫黄のうちの1つ以上を有する、請求項1に記載のスピントロニクスデバイス。   The spintronic device of claim 1, wherein the non-semiconductor comprises one or more of oxygen, nitrogen, fluorine, carbon-oxygen, and sulfur. 前記半導体はシリコンを有する、請求項1に記載のスピントロニクスデバイス。   The spintronic device of claim 1, wherein the semiconductor comprises silicon. 前記半導体は、IV族半導体、III−V族半導体、及びII−VI族半導体からなるグループから選択された半導体を有する、請求項1に記載のスピントロニクスデバイス。   The spintronic device of claim 1, wherein the semiconductor comprises a semiconductor selected from the group consisting of a group IV semiconductor, a group III-V semiconductor, and a group II-VI semiconductor. 前記少なくとも1つの超格子は一対の超格子を有し、且つ当該スピントロニクスデバイスは:
ソースとドレインとを画成するように前記一対の超格子を空間的に相隔てて担持する基板;
前記ソースと前記ドレインとの間のチャネル;及び
前記チャネルに隣接するゲート;
を更に有し、それによりスピントロニクス電界効果トランジスタを画成する、請求項1に記載のスピントロニクスデバイス。
The at least one superlattice has a pair of superlattices, and the spintronic device is:
A substrate carrying the pair of superlattices spaced apart so as to define a source and a drain;
A channel between the source and the drain; and a gate adjacent to the channel;
The spintronic device of claim 1, further comprising: a spintronic field effect transistor.
前記少なくとも1つの超格子は一対の超格子を有し、且つ当該スピントロニクスデバイスは:
前記一対の超格子を空間的に相隔てて担持する基板;及び
前記一対の超格子間のスペーサ;
を更に有し、それによりスピントロニクスバルブを画成する、請求項1に記載のスピントロニクスデバイス。
The at least one superlattice has a pair of superlattices, and the spintronic device is:
A substrate carrying the pair of superlattices spaced apart from each other; and a spacer between the pair of superlattices;
The spintronic device of claim 1, further comprising: a spintronic valve.
前記少なくとも1つの超格子は常温以上のキュリー温度を示す、請求項1に記載のスピントロニクスデバイス。   The spintronic device according to claim 1, wherein the at least one superlattice exhibits a Curie temperature equal to or higher than room temperature. 結晶格子を有するベース半導体部分を画成する複数の積層されたベース半導体モノレイヤー;
前記結晶格子内に拘束された少なくとも1つの非半導体モノレイヤー;
前記少なくとも1つの非半導体モノレイヤーによって前記ベース半導体部分の前記結晶格子内に拘束されたスピントロニクスドーパント;及び
前記ベース半導体部分に結合された電気コンタクト;
を有するスピントロニクスデバイス。
A plurality of stacked base semiconductor monolayers defining a base semiconductor portion having a crystal lattice;
At least one non-semiconductor monolayer constrained within the crystal lattice;
A spintronic dopant constrained within the crystal lattice of the base semiconductor portion by the at least one non-semiconductor monolayer; and an electrical contact coupled to the base semiconductor portion;
Spintronic device with
前記スピントロニクスドーパントは、前記少なくとも1つの非半導体モノレイヤーに隣接する少なくとも1つのスピントロニクスドーパントモノレイヤーを有する、請求項15に記載のスピントロニクスデバイス。   16. The spintronic device of claim 15, wherein the spintronic dopant has at least one spintronic dopant monolayer adjacent to the at least one non-semiconductor monolayer. 前記スピントロニクスドーパントは遷移金属及び希土類元素のうちの少なくとも一方を有する、請求項15に記載のスピントロニクスデバイス。   The spintronic device of claim 15, wherein the spintronic dopant comprises at least one of a transition metal and a rare earth element. 前記非半導体は、酸素、窒素、フッ素、炭素−酸素、及び硫黄のうちの1つ以上を有する、請求項15に記載のスピントロニクスデバイス。   The spintronic device of claim 15, wherein the non-semiconductor comprises one or more of oxygen, nitrogen, fluorine, carbon-oxygen, and sulfur. 前記半導体は、IV族半導体、III−V族半導体、及びII−VI族半導体からなるグループから選択された半導体を有する、請求項15に記載のスピントロニクスデバイス。   16. The spintronic device of claim 15, wherein the semiconductor comprises a semiconductor selected from the group consisting of a group IV semiconductor, a group III-V semiconductor, and a group II-VI semiconductor. 前記ベース半導体部分を担持する基板を更に有する請求項15に記載のスピントロニクスデバイス。   The spintronic device of claim 15, further comprising a substrate carrying the base semiconductor portion. 前記ベース半導体部分は常温以上のキュリー温度を示す、請求項15に記載のスピントロニクスデバイス。   The spintronic device according to claim 15, wherein the base semiconductor portion exhibits a Curie temperature equal to or higher than room temperature. 少なくとも1つの超格子を形成する工程;及び
前記少なくとも1つの超格子に結合された少なくとも1つの電気コンタクトを形成する工程;
を有するスピントロニクスデバイスを製造する方法であって:
前記少なくとも1つの超格子は複数のレイヤー群を有し、各レイヤー群は:
結晶格子を有するベース半導体部分を画成する複数の積層されたベース半導体モノレイヤー、
隣接し合うベース半導体部分の前記結晶格子内に拘束された少なくとも1つの非半導体モノレイヤー、及び
前記少なくとも1つの非半導体モノレイヤーによって前記ベース半導体部分の前記結晶格子内に拘束されたスピントロニクスドーパント、
を有する、
スピントロニクスデバイス。
Forming at least one superlattice; and forming at least one electrical contact coupled to the at least one superlattice;
A method of manufacturing a spintronic device having:
The at least one superlattice has a plurality of layer groups, each layer group:
A plurality of stacked base semiconductor monolayers defining a base semiconductor portion having a crystal lattice;
At least one non-semiconductor monolayer constrained within the crystal lattice of adjacent base semiconductor portions, and a spintronic dopant constrained within the crystal lattice of the base semiconductor portion by the at least one non-semiconductor monolayer;
Having
Spintronic devices.
前記スピントロニクスドーパントは、前記少なくとも1つの非半導体モノレイヤーに隣接する少なくとも1つのスピントロニクスドーパントモノレイヤーを有する、請求項22に記載の方法。   23. The method of claim 22, wherein the spintronic dopant has at least one spintronic dopant monolayer adjacent to the at least one non-semiconductor monolayer. 前記スピントロニクスドーパントは遷移金属を有する、請求項22に記載の方法。   23. The method of claim 22, wherein the spintronic dopant comprises a transition metal. 前記スピントロニクスドーパントはマンガンを有する、請求項22に記載の方法。   24. The method of claim 22, wherein the spintronic dopant comprises manganese. 前記少なくとも1つの遷移金属は、マンガン、鉄及びクロムのうちの1つ以上を有する、請求項24に記載の方法。   25. The method of claim 24, wherein the at least one transition metal comprises one or more of manganese, iron and chromium. 前記スピントロニクスドーパントは希土類元素を有する、請求項22に記載の方法。   23. The method of claim 22, wherein the spintronic dopant comprises a rare earth element. 前記希土類元素は希土類ランタニドを有する、請求項27に記載の方法。   28. The method of claim 27, wherein the rare earth element comprises a rare earth lanthanide. 前記非半導体は酸素を有する、請求項22に記載の方法。   24. The method of claim 22, wherein the non-semiconductor comprises oxygen. 前記非半導体は、酸素、窒素、フッ素、炭素−酸素、及び硫黄のうちの1つ以上を有する、請求項22に記載の方法。   24. The method of claim 22, wherein the non-semiconductor comprises one or more of oxygen, nitrogen, fluorine, carbon-oxygen, and sulfur. 前記半導体はシリコンを有する、請求項22に記載の方法。   The method of claim 22, wherein the semiconductor comprises silicon. 前記半導体は、IV族半導体、III−V族半導体、及びII−VI族半導体からなるグループから選択された半導体を有する、請求項22に記載の方法。   23. The method of claim 22, wherein the semiconductor comprises a semiconductor selected from the group consisting of a group IV semiconductor, a group III-V semiconductor, and a group II-VI semiconductor. 前記少なくとも1つの超格子を形成する工程は一対の超格子を形成する工程を有し、且つ当該方法は:
ソースとドレインとを画成するように前記一対の超格子を空間的に相隔てて担持する基板を設ける工程;
前記ソースと前記ドレインとの間のチャネルを形成する工程;及び
前記チャネルに隣接するゲートを形成する工程;
を更に有し、それにより前記スピントロニクスデバイスはスピントロニクス電界効果トランジスタを画成する、請求項22に記載の方法。
The step of forming the at least one superlattice comprises forming a pair of superlattices, and the method includes:
Providing a substrate carrying the pair of superlattices spaced apart so as to define a source and a drain;
Forming a channel between the source and the drain; and forming a gate adjacent to the channel;
23. The method of claim 22, further comprising: wherein the spintronic device defines a spintronic field effect transistor.
前記少なくとも1つの超格子を形成する工程は一対の超格子を形成する工程を有し、且つ当該方法は:
前記一対の超格子を空間的に相隔てて担持する基板を設ける工程;及び
前記一対の超格子間のスペーサを形成する工程;
を更に有し、それにより前記スピントロニクスデバイスはスピントロニクスバルブを画成する、請求項22に記載の方法。
The step of forming the at least one superlattice comprises the step of forming a pair of superlattices, and the method includes:
Providing a substrate carrying the pair of superlattices spaced apart from each other; and forming a spacer between the pair of superlattices;
23. The method of claim 22, further comprising: wherein the spintronic device defines a spintronic valve.
前記少なくとも1つの超格子は常温以上のキュリー温度を示す、請求項22に記載の方法。   23. The method of claim 22, wherein the at least one superlattice exhibits a Curie temperature that is greater than or equal to room temperature. 結晶格子を有するベース半導体部分を画成する複数の積層されたベース半導体モノレイヤーを形成する工程;
前記結晶格子内に拘束された少なくとも1つの非半導体モノレイヤーを形成する工程;
前記少なくとも1つの非半導体モノレイヤーによって前記ベース半導体部分の前記結晶格子内に拘束されたスピントロニクスドーパントを設ける工程;及び
前記ベース半導体部分に結合された電気コンタクトを形成する工程;
を有するスピントロニクスデバイスを製造する方法。
Forming a plurality of stacked base semiconductor monolayers defining a base semiconductor portion having a crystal lattice;
Forming at least one non-semiconductor monolayer constrained within the crystal lattice;
Providing a spintronic dopant constrained within the crystal lattice of the base semiconductor portion by the at least one non-semiconductor monolayer; and forming an electrical contact coupled to the base semiconductor portion;
A method of manufacturing a spintronic device having:
前記スピントロニクスドーパントは、前記少なくとも1つの非半導体モノレイヤーに隣接する少なくとも1つのスピントロニクスドーパントモノレイヤーを有する、請求項36に記載の方法。   37. The method of claim 36, wherein the spintronic dopant has at least one spintronic dopant monolayer adjacent to the at least one non-semiconductor monolayer. 前記スピントロニクスドーパントは遷移金属及び希土類元素のうちの少なくとも一方を有する、請求項36に記載の方法。   40. The method of claim 36, wherein the spintronic dopant comprises at least one of a transition metal and a rare earth element. 前記非半導体は、酸素、窒素、フッ素、炭素−酸素、及び硫黄のうちの1つ以上を有する、請求項36に記載の方法。   40. The method of claim 36, wherein the non-semiconductor comprises one or more of oxygen, nitrogen, fluorine, carbon-oxygen, and sulfur. 前記半導体は、IV族半導体、III−V族半導体、及びII−VI族半導体からなるグループから選択された半導体を有する、請求項36に記載の方法。   37. The method of claim 36, wherein the semiconductor comprises a semiconductor selected from the group consisting of a group IV semiconductor, a group III-V semiconductor, and a group II-VI semiconductor. 前記ベース半導体部分を担持する基板を設ける工程を更に有する請求項36に記載の方法。   38. The method of claim 36, further comprising providing a substrate carrying the base semiconductor portion. 前記ベース半導体部分は常温以上のキュリー温度を示す、請求項36に記載の方法。   37. The method of claim 36, wherein the base semiconductor portion exhibits a Curie temperature that is greater than or equal to room temperature.
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