KR101009726B1 - Spin transistor with enhanced spin injection efficiency - Google Patents

Spin transistor with enhanced spin injection efficiency Download PDF

Info

Publication number
KR101009726B1
KR101009726B1 KR1020080087586A KR20080087586A KR101009726B1 KR 101009726 B1 KR101009726 B1 KR 101009726B1 KR 1020080087586 A KR1020080087586 A KR 1020080087586A KR 20080087586 A KR20080087586 A KR 20080087586A KR 101009726 B1 KR101009726 B1 KR 101009726B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
spin
drain
source
semiconductor
tunneling film
Prior art date
Application number
KR1020080087586A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20100028727A (en
Inventor
장준연
한석희
구현철
김형준
송진동
심성훈
Original Assignee
한국과학기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술연구원 filed Critical 한국과학기술연구원
Priority to KR1020080087586A priority Critical patent/KR101009726B1/en
Publication of KR20100028727A publication Critical patent/KR20100028727A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101009726B1 publication Critical patent/KR101009726B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66984Devices using spin polarized carriers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)

Abstract

본 발명은 강자성체로부터 반도체로의 스핀 주입 효율이 높은 스핀 트랜지스터에 관한 것이다. 본 발명에 따른 스핀 트랜지스터는, 내부에 채널층이 형성된 반도체 기판; 상기 반도체 기판 상에 형성되고, 상기 채널층으로 스핀분극된 전자를 주입하는 강자성체 소스; 상기 소스로부터 이격되어 상기 반도체 기판 상에 형성되고, 상기 채널층을 통과하는 전자의 스핀을 검출하기 위한 강자성체 드레인; 상기 소스와 드레인 사이에서 상기 반도체 기판 위에 형성되어 게이트 전압이 인가되는 게이트 전극; 및 상기 강자성체 소스/드레인과 상기 반도체 기판 사이에 형성된 <100> 방향의 결정성을 갖는 MgO 터널링막 또는 유기터널링막;을 포함한다. The present invention relates to a spin transistor having a high spin injection efficiency from a ferromagnetic material to a semiconductor. A spin transistor according to the present invention includes a semiconductor substrate having a channel layer formed therein; A ferromagnetic source formed on the semiconductor substrate and injecting electrons spin-polarized into the channel layer; A ferromagnetic drain spaced from the source and formed on the semiconductor substrate for detecting spin of electrons passing through the channel layer; A gate electrode formed on the semiconductor substrate between the source and the drain to apply a gate voltage; And an MgO tunneling film or an organic tunneling film having crystallinity in a <100> direction formed between the ferromagnetic source / drain and the semiconductor substrate.

스핀 트랜지스터 Spin transistor

Description

개선된 스핀 주입 효율을 갖는 스핀 트랜지스터{SPIN TRANSISTOR WITH ENHANCED SPIN INJECTION EFFICIENCY}SPIN TRANSISTOR WITH ENHANCED SPIN INJECTION EFFICIENCY}

본 발명은 스핀 트랜지스터(spin transistor)에 관한 것으로서, 특히 강자성체로부터 반도체로의 스핀 주입 효율이 높은 스핀 트랜지스터에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to spin transistors, and more particularly to spin transistors having high spin injection efficiency from ferromagnetic material to semiconductors.

전자는 2가지 물리적 특성, 즉 음의 전기를 띠는 전하(charge)와 자기적 특성의 근원이 되는 스핀(spin)을 동시에 갖고 있다. 현재 대부분의 반도체 전자 소자는 이러한 2가지 특성중 전하만을 제어하여 원하는 소자 특성을 얻고 있다. 그러나, 이러한 기존의 반도체 전자 소자 기술은 거의 포화 상태에 이며, 향후 수십년 이내에 반도체 소자의 크기가 실리콘 격자상수에 이르러 사실상 더 향상된 성능을 갖는 소자 제작이 거의 불가능할 것으로 예상된다. 따라서, 새로운 개념의 차세대 전자소자의 개발이 시급히 요구되고 있다. The electrons have two physical properties, a negative charge and a spin that is the source of the magnetic properties. Currently, most semiconductor electronic devices obtain desired device characteristics by controlling only charge of these two characteristics. However, such conventional semiconductor electronic device technology is almost saturated, and it is expected that within the next few decades, the size of semiconductor devices will reach the silicon lattice constant, making it almost impossible to manufacture devices with substantially improved performance. Therefore, there is an urgent need for the development of new-generation next-generation electronic devices.

이러한 요구에 부응하여, 스핀에 의존하는 전자이동(spin-dependent electron transport)을 실현하려는 노력의 결과로 전자의 전하와 함께 스핀의 자유도를 고려하여 전자 소자를 개발하려는 새로운 패러다임인 스핀트로닉스(spintronics) 기술이 근래에 과학기술계에 큰 관심을 끌고 있다. 기존의 전자소자와 비교하여, 스핀 전자 소자는 고유 특성인 비휘발성(non-volatility)와 함께 초고속 및 초저전력 특성을 갖고 있기 때문에, 향후 나노기술의 발전과 함께 차세대 전자소자의 성장을 주도할 것으로 전망되고 있다. In response to these demands, spintronics, a new paradigm for developing electronic devices in consideration of spin freedom with the charge of electrons as a result of efforts to realize spin-dependent electron transport. In recent years, technology has attracted great attention in the scientific and technological world. Compared with the existing electronic devices, spin electronic devices have super fast and ultra low power characteristics along with non-volatility, which is inherent, and will lead the growth of next-generation electronic devices with the development of nanotechnology. It is expected.

스핀트로닉스 연구분야의 가장 큰 관심들중 하나는, 전자와 스핀의 자유도를 동시에 고려하여 메모리 및 논리용 트랜지스터를 구현하는 데에 있다. 2개의 자성체 사이에 반도체를 연결하여 스핀분극된 전자를 반도체 채널에 주입하고, 이 스핀분극된 전자가 반도체 채널을 이동하는 동안 게이트 전압을 인가하여 스핀의 방향을 제어함으로써 저항의 변화를 기대할 수 있는 스핀 전계효과 트랜지스터(spin field effect transistor: spin FET, '스핀 트랜지스터'라고도 함)의 실현여부에 관심이 집중되어 있다. 스핀 트랜지스터의 개념은 1990년 처음 발표된 이래("Electronic analog of the electro-optic modulator", Applied Physics letter, vol. 56, 665, 1990 참조), 많은 연구가 진행되어 왔다. One of the biggest concerns in spintronics research is to implement transistors for memory and logic, taking into account electron and spin degrees of freedom. It is possible to expect a change in resistance by connecting a semiconductor between two magnetic bodies and injecting spin-polarized electrons into a semiconductor channel, and controlling the direction of spin by applying a gate voltage while the spin-polarized electron moves through the semiconductor channel. Attention is focused on the realization of spin field effect transistors (also known as spin FETs). The concept of spin transistors has been studied since its publication in 1990 (see "Electronic analog of the electro-optic modulator", Applied Physics letter, vol. 56, 665, 1990).

그러나, 스핀분극된 전자의 주입(injection)과 검출(detection)에 사용되는 자성 금속과 반도체 간의 고유한 전기전도도 차이로 인해 1%이내의 매우 낮은 스핀주입효율만이 얻어졌고, 이로 인해 많은 연구에도 불구하고 실용적인 성능을 갖는 스핀 트랜지스터의 실현이 거의 불가능한 것으로 여겨졌다. 반도체 대신 자성 금속과 전도도가 유사한 상자성 금속으로의 스핀 주입에 관한 연구가 진행되어 왔으며, 상자성 금속으로의 스핀 주입은 상자성 금속 내부에 스핀 업과 스핀 다운 전자의 불균형에서 야기되는 스핀 축적(spin accumulation) 등과 같은 흥미로운 현상을 일으키는 것으로 보고되었다. 최근에는 InAs 2-DEG, GaAs 또는 Si 등 반도체 채널에 성공적으로 스핀을 주입한 사례가 보고됨으로 인해서 다시 스핀 트랜지스터 개발에 대한 관심이 높아지고 있으나, 여전히 낮은 스핀 주입율을 보이고 있다. 유용한 스핀 트랜지스터를 구현하기 위해서는 스핀주입율 향상, 스핀의 게이트 제어와 같은 메카니즘이 완벽하게 작동되어야 하는데, 그 중에서 강자성체로부터 반도체 채널로의 스핀주입율 향상이 특히 요구된다. However, due to the inherent difference in electrical conductivity between the magnetic metal and the semiconductor used for the injection and detection of spin-polarized electrons, only very low spin injection efficiency of less than 1% was obtained, which has led to many studies. Nevertheless, it was considered almost impossible to realize a spin transistor with practical performance. Research into spin injection into a paramagnetic metal having similar conductivity to that of a magnetic metal instead of a semiconductor has been conducted. Spin injection into a paramagnetic metal is caused by spin accumulation caused by an imbalance between spin up and spin down electrons in the paramagnetic metal. It has been reported to cause the same interesting phenomenon. Recently, there have been reports of successful spin injection into semiconductor channels such as InAs 2-DEG, GaAs, or Si, but interest in spin transistor development has been raised, but still shows low spin injection rates. In order to implement useful spin transistors, mechanisms such as spin injection rate improvement and gate control of spin must be fully operated. Among them, improvement of spin injection rate from ferromagnetic material to a semiconductor channel is particularly required.

본 발명의 일 과제는, 강자성체로부터 반도체 채널로의 스핀 주입 효율이 높은 고성능 스핀 트랜지스터를 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide a high performance spin transistor having high spin injection efficiency from a ferromagnetic material to a semiconductor channel.

본 발명의 일 측면에 따른 스핀 트랜지스터는, 스핀 분극된 전자가 통과하는 채널층이 내부에 형성된 반도체 기판; 상기 반도체 기판 상에 형성되고, 상기 채널층으로 스핀분극된 전자를 주입하는 강자성체 소스; 상기 소스로부터 이격되어 상기 반도체 기판 상에 형성되고, 상기 채널층을 통과하는 전자의 스핀을 검출하기 위한 강자성체 드레인; 상기 소스와 드레인 사이에서 상기 반도체 기판 위에 형성되어 게이트 전압이 인가되는 게이트 전극; 및 상기 강자성체 소스/드레인과 상기 반도체 기판 사이에 형성된 <100> 방향의 결정성을 갖는 MgO 터널링막 또는 유기터널링막;을 포함한다. A spin transistor according to an aspect of the present invention includes a semiconductor substrate having a channel layer through which spin-polarized electrons pass; A ferromagnetic source formed on the semiconductor substrate and injecting electrons spin-polarized into the channel layer; A ferromagnetic drain spaced from the source and formed on the semiconductor substrate for detecting spin of electrons passing through the channel layer; A gate electrode formed on the semiconductor substrate between the source and the drain to apply a gate voltage; And an MgO tunneling film or an organic tunneling film having crystallinity in a <100> direction formed between the ferromagnetic source / drain and the semiconductor substrate.

본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 강자성체 소스/드레인과 상기 반도체 사이에 <100> 방향의 결정성을 갖는 MgO 터널링막이 배치되고, 상기 MgO 터널링막의 <100> 방향의 격자 상수는, 상기 MgO 터널링막과 인접한 반도체 물질 간의 격자정합에 의해 <100> 방향의 평형 격자 상수값을 벗어나도록 조절될 수 있다. 이로써, 결맞음 터널링(coherent tunneling) 효과를 증대하여 스핀 주입율을 높일 수 있다. 상기 MgO 터널링막의 <100> 방향의 격자 상수는, 상기 MgO 터널링막과 인접한 강자성체 물질간의 격자정합에 의해 <100> 방향의 평형 격자 상수값을 벗어나도록 조절될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, an MgO tunneling film having crystallinity in the <100> direction is disposed between the ferromagnetic source / drain and the semiconductor, and a lattice constant in the <100> direction of the MgO tunneling film is the MgO tunneling film. And the lattice matching between the adjacent semiconductor material and the semiconductor material may be adjusted to deviate from the equilibrium lattice constant value in the <100> direction. As a result, the coherent tunneling effect can be increased to increase the spin injection rate. The lattice constant in the <100> direction of the MgO tunneling film may be adjusted to be out of the equilibrium lattice constant value in the <100> direction by lattice matching between the MgO tunneling film and the ferromagnetic material adjacent thereto.

본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 게이트 전압을 통해 스핀 궤도 결합(spin-orbit coupling)에 의해 발생하는 유효자기장을 조절함으로써 상기 드레인에 도착한 스핀 전자의 자화방향에 따라 상기 스핀 트랜지스터의 채널 저항이 제어될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the channel resistance of the spin transistor is controlled in accordance with the magnetization direction of the spin electrons arriving at the drain by adjusting an effective magnetic field generated by spin-orbit coupling through the gate voltage. Can be.

본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 소스 및 드레인은 Fe, Co, Ni, FeCo, NiFe, CoFeB, Gd, Tb, Dy, CrO2, GaMnAs, InMnAs, GeMn, GaMnN 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료로 형성될 수 있다. 상기 소스 및 드레인은 강자성 박막과 비자성 박막을 교대로 반복 적층한 구조를 갖고, 상기 채널층 상면에 수직인 방향으로 자화된 자성체일 수 있다.According to an embodiment of the invention, the source and drain are selected from the group consisting of Fe, Co, Ni, FeCo, NiFe, CoFeB, Gd, Tb, Dy, CrO 2 , GaMnAs, InMnAs, GeMn, GaMnN and combinations thereof It can be formed of a material. The source and drain may have a structure in which ferromagnetic thin films and nonmagnetic thin films are alternately repeatedly stacked, and may be magnetic materials magnetized in a direction perpendicular to an upper surface of the channel layer.

본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 채널층은 Si, Ge, GaAs, InAs, InSb 및 이들이 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 반도체 재료로 형성될 수 있다. 또한 상기 채널층은 SOI(Si on insulator) 구조 내의 반도체로 형성되거나 또는 2차원 전자가스층(two dimmensional electron gas layer or structure)으로 형성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the channel layer may be formed of a semiconductor material selected from the group consisting of Si, Ge, GaAs, InAs, InSb, and combinations thereof. In addition, the channel layer may be formed of a semiconductor in a Si on insulator (SOI) structure or a two-dimensional electron gas layer or structure.

상기 유기터널링막은 Alq3 및 펜타센(pentacene) 중에서 선택된 물질로 형성될 수 있다. 이 유기터널링막은 상기 강자성체 소스/드레인과 상기 반도체 기판 사이에 배치되어 터널링을 통한 스핀 주입이 일어날 수 있다. The organic tunneling layer may be formed of a material selected from Alq 3 and pentacene. The organic tunneling layer may be disposed between the ferromagnetic source / drain and the semiconductor substrate to perform spin injection through tunneling.

본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 강자성체 소스/드레인과 상기 반도체 사이에는 <100> 방향의 결정성을 갖는 MgO 터널링막과 유기터널링막이 모두 배치될 수 있으며, 이 경우, 상기 터널링막들은 유기터널링막, MgO 터널링막의 순서(유기터널리막보다 MgO 터널링막이 강자성체에 더 가까움)로 적층되거나 MgO 터널링막, 유기터널링막의 순서(MgO 터널링막보다 유기터널링막이 강자성체에 더 가까움)로 적층될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, both the MgO tunneling film and the organic tunneling film having crystallinity in the <100> direction may be disposed between the ferromagnetic source / drain and the semiconductor. In this case, the tunneling films may be an organic tunneling film. The MgO tunneling film may be stacked in the order of the MgO tunneling film closer to the ferromagnetic material than the organic tunneling film, or the MgO tunneling film and the organic tunneling film in the order of the organic tunneling film closer to the ferromagnetic material than the MgO tunneling film.

본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 강자성체 소스/드레인과 상기 반도체 사이에 <100> 방향의 결정성을 갖는 MgO 터널링막이 배치되고, 상기 소스 및 드레인과 상기 MgO 터널링막 사이에, B(붕소) 중간층이 형성될 수 있다. 상기 소스 및 드레인과 반도체 간의 접촉면적을 크게 하고, 스핀 주입을 보다 용이하게 하기 위해, 상기 소스 및 드레인의 하부는 상기 반도체 기판 상면 아래로 매립될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, an MgO tunneling film having a crystallinity in a <100> direction is disposed between the ferromagnetic source / drain and the semiconductor, and a B (boron) intermediate layer between the source and drain and the MgO tunneling film. This can be formed. In order to increase the contact area between the source and drain and the semiconductor and to facilitate spin injection, a lower portion of the source and drain may be buried below the upper surface of the semiconductor substrate.

본 발명에 따르면, 스핀 전계효과 트랜지스터의 소스 및 드레인 영역 하부에 강자성체/<100> MgO 터널링막/반도체의 적층 구조를 사용함으로써, 강자성체로부터 반도체 채널로의 스핀 주입 효율을 증대시킬 수 있다. 특히, MgO 터널링막/반도체 또는 강자성체/MgO 터널링막의 격자정합에 의해 MgO 터널링막의 격자상수를 제어함으로써, MgO 터널링막의 결맞음 터널링(coherent tunneling) 효과를 배가시켜, 종래의 반도체/자성체의 사트키 컨택(Schottky contact)에서 관찰되어 온 스핀 주입율에 비하여 개선된 스핀 주입율을 얻을 수 있다. 또한, MgO 터널링막/반도체 위에 소스 및 드레인을 위한 강자성체를 증착하기 전에 B 중간층을 도입함으로써 강자성체층의 결정 성장을 조장하고 MgO 터널링막으로부터 인접층으로의 산소 원자의 확산을 방지할 수 있다. 또한, <100> MgO 터널링막 대신에 또는 MgO 터널링막과 함께 유기터널링막을 사용함으로써 강자성체로부터 반도체 채널로의 스핀 주입 효율을 높일 수 있다.According to the present invention, the spin injection efficiency from the ferromagnetic material to the semiconductor channel can be increased by using a stack structure of ferromagnetic material / MgO tunneling film / semiconductor under the source and drain regions of the spin field effect transistor. In particular, by controlling the lattice constant of the MgO tunneling film by lattice matching of the MgO tunneling film / semiconductor or the ferromagnetic material / MgO tunneling film, the coherent tunneling effect of the MgO tunneling film is doubled, so that the conventional semiconductor / magnetic material is used for the Satkey contact ( Compared to the spin injection rate observed in the schottky contact, an improved spin injection rate can be obtained. In addition, by introducing a B intermediate layer before depositing ferromagnetic materials for the source and drain on the MgO tunneling film / semiconductor, it is possible to promote crystal growth of the ferromagnetic layer and to prevent diffusion of oxygen atoms from the MgO tunneling film to the adjacent layer. In addition, by using an organic tunneling film instead of the MgO tunneling film or together with the MgO tunneling film, the spin injection efficiency from the ferromagnetic material to the semiconductor channel can be improved.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 스핀 트랜지스터를 나타내는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 스핀 트랜지스터(10)는 반도체 채널층(7)을 갖는 반도체 기판(12)과, 그 위에 서로 이격 배치된 강자성체 소스(11) 및 강자성체 드레인(13)을 포함한다. 소자 동작 중, 스핀 분극된 전자는 반도체 채널층(7)을 통해 이동한다. 소스(11)와 드레인(13) 사이에는 반도체 기판(12) 상에 게이트 전극(14)이 배치되어 있다. 게이트 전극(14)은 SiO2등 게이트 절연막(15)에 의해 반도체 기판(12)로부터 절연되어 있다. 1 is a cross-sectional view showing a spin transistor according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the spin transistor 10 includes a semiconductor substrate 12 having a semiconductor channel layer 7, a ferromagnetic source 11 and a ferromagnetic drain 13 spaced apart from each other. During device operation, spin polarized electrons move through the semiconductor channel layer 7. The gate electrode 14 is disposed on the semiconductor substrate 12 between the source 11 and the drain 13. The gate electrode 14 is insulated from the semiconductor substrate 12 by a gate insulating film 15 such as SiO 2 .

스핀 트랜지스터(10)의 기본적인 동작은, 예를 들어 아래와 같이 설명될 수 있다. 강자성체 소스(11)로부터 소스(11)의 자화방향(예컨대, x축 방향)과 평행한 스핀 전자가 반도체 채널층(7)에 주입되어 반도체 채널을 통해 이동한다. 이 때 게이트 전극(14)에 게이트 전압(Vg)을 인가하여 z축 방향의 포텐셜을 변화시키면 이에 따라 스핀 궤도 결합(spin-orbit interaction)으로 인해 y축 방향으로의 유효 자기장의 크기가 변화하고 결국 이 유효 자기장에 의해 채널층(7)을 통해 이동하는 전자의 스핀의 방향을 제어할 수 있다. 이와 같은 방법으로 반도체 내부에 이동하는 전자의 스핀 방향을 제어하고 결국 강자성체 드레인(13)에 도착하는 스핀 전자의 방향이 드레인(13)의 자화방향(예컨대, x축 방향)과 평행하면 낮은 저항상태(on-state)을, 반평행하면 높은 저항상태 (off-state)를 갖는 스핀트랜지스터를 구현할 수 있다. 그러나, 본 발명이 상술한 트랜지스터 동작에 의해 한정되는 것은 아니며, 예컨대, 스위칭 온/오프를 위해 드레인의 자화방향을 시프트할 수 있고, 스핀 전자의 프리세션이 생기지 않도록 소스/드레인(11/13)의 자화방향을 유효자기장 방향 (y축 방향)으로 설정할 수도 있다. 소스/드레인(11/13)은 반도체 기판(12)의 상면에 수직인 자화방향을 갖는 (수직자화된) 자성체일 수도 있다.The basic operation of the spin transistor 10 can be described as follows, for example. Spin electrons parallel to the magnetization direction (eg, x-axis direction) of the source 11 from the ferromagnetic source 11 are injected into the semiconductor channel layer 7 and move through the semiconductor channel. At this time, when the gate voltage Vg is applied to the gate electrode 14 to change the potential in the z-axis direction, the effective magnetic field in the y-axis direction changes due to spin-orbit interaction. The effective magnetic field can control the direction of spin of electrons moving through the channel layer 7. In this manner, the spin direction of the electrons moving inside the semiconductor is controlled and the direction of the spin electrons eventually arriving at the ferromagnetic drain 13 is parallel to the magnetization direction of the drain 13 (for example, the x-axis direction). By antiparallel to (on-state), it is possible to implement a spin transistor with a high off-state. However, the present invention is not limited to the above-described transistor operation, and for example, the magnetization direction of the drain can be shifted for switching on / off, and the source / drain 11/13 may be free from spin electrons. The magnetization direction of can also be set in the effective magnetic field direction (y-axis direction). The source / drain 11/13 may be a (vertically magnetized) magnetic material having a magnetization direction perpendicular to the top surface of the semiconductor substrate 12.

본 실시형태의 스핀 트랜지스터(10)를 완성하기 위해 중요한 기술은 자성체 소스(11)로부터 스핀 전자를 반도체에 주입시키는 것에 관한 것으로서, 계면 특성에 따라 스핀 주입특성의 변화가 매우 크다. 본 실시형태에서는 소스(11)와 드레인(13)을 이루는 강자성체와 채널을 갖는 반도체(12) 계면사이에 [100](보다 넓게는 <100>) 결정방향성을 갖는 MgO박막을 도입하여 MgO 터널링막(23)을 형성한다. 이로써, 강자성체로부터 반도체로의 스핀 전자 주입시 MgO 터널링막(23)을 통한 결맞음 터널링(coherent tunneling)에 의해 스핀 주입 효율을 높인다. 바람직하게는, MgO 터널링막(23)은 0.5 ~ 5nm의 두께를 갖는다. 후술하는 바와 같이, MgO 터널링막(23) 대신에 또는 MgO 터널링막과 함께 Alq3 및 펜타센(pentacene) 등의 유기터널링막을 사용할 수도 있다.(도 8 및 9 참조)An important technique for completing the spin transistor 10 of the present embodiment is related to the injection of spin electrons from the magnetic source 11 into the semiconductor, and the variation of the spin injection characteristics is very large depending on the interface characteristics. In the present embodiment, an MgO tunneling film is introduced by introducing a MgO thin film having a [100] (more broadly <100>) crystal orientation between the ferromagnetic material constituting the source 11 and the drain 13 and the interface of the semiconductor 12 having the channel. (23) is formed. As a result, spin injection efficiency is increased by coherent tunneling through the MgO tunneling film 23 during spin electron injection from the ferromagnetic material into the semiconductor. Preferably, the MgO tunneling film 23 has a thickness of 0.5 to 5 nm. As described later, an organic tunneling film such as Alq 3 and pentacene may be used instead of the MgO tunneling film 23 or together with the MgO tunneling film (see FIGS. 8 and 9).

또한, MgO 터널링막(23)과 인접 반도체층(12) (또는 인접한 소스/드레인의 강자성체 결정)과의 격자정합을 통해 MgO 터널링막(23)의 격자상수를 평형상태에서 벗어나게 함으로써 결맞음 터널링 효과를 최대화하여 강자성체로부터 반도체로의 스핀 주입 효율을 더욱 증대시킬 수 있다.In addition, the lattice constant of the MgO tunneling film 23 is out of equilibrium through lattice matching between the MgO tunneling film 23 and the adjacent semiconductor layer 12 (or ferromagnetic crystals of adjacent sources / drains), thereby achieving a coherent tunneling effect. Maximization can further increase the spin injection efficiency from the ferromagnetic material to the semiconductor.

소스(11) 및 드레인(13)을 형성하는 강자성체는 스핀 분극(spin polarization)이 큰 자성 금속으로서, Fe, Co, Ni, FeCo, NiFe, CoFeB 중에서 선택되거나, GaMnAs, InMnAs, GeMn, GaMnN 등과 같은 자성 반도체 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있으며, CrO2 등과 같이 스핀분극 100%의 반금속(half metal)을 사용할 수도 있다. 또한, Gd, Tb, Dy 와 같은 희토류 금속 또는 그 합금으로 소스(11)와 드레인(13)을 형성할 수도 있다. 그 외에도, 실시형태에 따라서는, 소스(11) 및 드레인(13)은 강자성체 박막과 비자성체 박막을 교대로 반복하여 적층한 구조를 갖는 (그리고, 채널층 상면에 수직인 자화방향을 갖는) 수직자화 자성체일 수도 있다. 이러한 적층형 수직자화 자성체에 있어서, 강자성체 박막은 CoFe, Co, Ni, NiFe 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있고, 비자성체 박막은 Pd, Au, Pt 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. The ferromagnetic material forming the source 11 and the drain 13 is a magnetic metal having high spin polarization, and is selected from Fe, Co, Ni, FeCo, NiFe, CoFeB, GaMnAs, InMnAs, GeMn, GaMnN, and the like. One of the magnetic semiconductors may be selected, and a half metal having a spin polarization of 100%, such as CrO 2 , may be used. In addition, the source 11 and the drain 13 may be formed of a rare earth metal such as Gd, Tb, or Dy or an alloy thereof. In addition, according to the embodiment, the source 11 and the drain 13 have a structure in which a ferromagnetic thin film and a nonmagnetic thin film are alternately stacked alternately (and have a magnetization direction perpendicular to the upper surface of the channel layer). It may be a magnetized magnetic material. In this stacked perpendicular magnetized magnetic material, the ferromagnetic thin film may be selected from the group consisting of CoFe, Co, Ni, NiFe, and combinations thereof, and the nonmagnetic thin film may be selected from the group consisting of Pd, Au, Pt, and combinations thereof. Can be.

반도체 채널층(7)은 Si, Ge, GaAs, InAs, InSb 중에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다. 또한, 상기 채널층(7)은 SOI(Si on insulator) 또는 화합물 반도체의 2차원 전자가스(two dimensional electron gas: 2DEC)층으로 형성할 수도 있다. 본 실시형태에서는, 예를 들어, InAs의 2DEC 반도체 채널층을 이용하여, Fe(소스 및 드레인 강자성체)/MgO(터널링막)/InAs(반도체)의 2DEC 계면 구조를 갖는 스핀 주입 소자를 사용할 수 있다.The semiconductor channel layer 7 may use any one selected from Si, Ge, GaAs, InAs, and InSb. In addition, the channel layer 7 may be formed of a two-dimensional electron gas (2DEC) layer of a silicon on insulator (SOI) or a compound semiconductor. In this embodiment, for example, a spin injection element having a 2DEC interface structure of Fe (source and drain ferromagnetic material) / MgO (tunneling film) / InAs (semiconductor) can be used using a 2DEC semiconductor channel layer of InAs. .

소스(11) 및 드레인(13)은 적용되는 소자의 형태에 따라 5 ~ 1000nm 범위의 선폭을 가질 수 있으며, 서로 선폭이 다르게 형성되어 평면자기 이방성에 의해 스핀 스위칭이 일정 자계범위에서 반평행하도록 할 수 있다. 다른 실시예로서, 소스(11) 및 드레인(13)은 수직자기이방성을 가질 수 있으며 소스(11)와 드레인(13) 사이의 간격은 반도체 채널의 스핀 완화거리 (spin diffusion length)를 감안하여 10nm ~ 10㎛의 범위로 설정할 수 있다. The source 11 and the drain 13 may have a line width in the range of 5 to 1000 nm depending on the type of device to be applied, and the line widths are formed differently so that spin switching is antiparallel in a certain magnetic range by planar magnetic anisotropy. Can be. In another embodiment, the source 11 and the drain 13 may have perpendicular magnetic anisotropy and the spacing between the source 11 and the drain 13 is 10 nm in consideration of the spin diffusion length of the semiconductor channel. It can be set in the range of ˜10 μm.

상술한 바와 같이, 강자성체(특히, 소스)으로부터 반도체(특히, 채널층)로의 스핀주입을 향상시키기 위해, 강자성체와 반도체 사이에 <100> 방향의 결정성을 갖는 MgO 터널링막(예컨대 0.5 ~ 5nm 범위의 두께로)을 삽입하여 터널링에 의한 스핀 주입을 발생시킨다. 이때 반도체와 강자성체 사이의 격자정합에 의해 인위적으로 MgO 터널링막(23)의 격자상수를 조절할 수 있으며 MgO 터널링막(23)의 격자상수가 평형격자상수인 4.216 Å보다 증가, 또는 감소하여 평형격자상수에서 벗어날 경우 MgO 터널링막(23)를 통한 터널링효율이 더욱 더 증가하여 강자성체로부터 반도체로의 스핀 주입 효율을 보다 증가시킬 수 있다. As described above, in order to improve spin injection from a ferromagnetic material (especially a source) to a semiconductor (especially a channel layer), an MgO tunneling film having a crystallinity in the <100> direction between the ferromagnetic material and the semiconductor (for example, in a range of 0.5 to 5 nm). Spin injection by tunneling). At this time, the lattice constant of the MgO tunneling film 23 can be artificially controlled by lattice matching between the semiconductor and the ferromagnetic material, and the lattice constant of the MgO tunneling film 23 is increased or decreased more than the equilibrium lattice constant of 4.216 Å. In the case of the deviation, the tunneling efficiency through the MgO tunneling film 23 is further increased, thereby increasing the spin injection efficiency from the ferromagnetic material to the semiconductor.

상기 스핀트랜지스터(10)에 있어서, 반도체(12)와 강자성체(11, 13) 간의 접촉면을 크게하고 스핀 주입을 보다 용이하게 하기 위하여 반도체 표면을 10 ~ 500 nm 범위의 깊이로 식각한 다음, 소스 영역과 드레인 영역을 형성하여, 소스(11) 및 드레인(13)의 하부가 도 1에 도시된 바와 같이 반도체 기판(12)의 상면 아래로 매립된 상태가 되도록 한다. 이에 따라, 소스 및 드레인(11, 13)이 위치한 부위에서 반도체 기판(12)의 상부는 아래로 리세스된 상태가 된다. 또한, MgO 터널링막(23) 위에 강자성체(11, 13)를 증착하기 전에 표면 평탄화와 강자성체의 결정화를 촉진시키기 위해 B(붕소) 중간층(도 4의 도면부호 24 참조)을 0.5 ~ 10Å 이내의 두께로 증착할 수 있다.In the spin transistor 10, the semiconductor surface is etched to a depth in the range of 10 to 500 nm in order to increase the contact surface between the semiconductor 12 and the ferromagnetic materials 11 and 13 and to facilitate spin injection, and then the source region. And drain regions are formed so that the lower portions of the source 11 and the drain 13 are buried below the upper surface of the semiconductor substrate 12 as shown in FIG. As a result, the upper portion of the semiconductor substrate 12 is recessed downward at the portion where the source and drain 11 and 13 are positioned. In addition, before depositing the ferromagnetic materials 11 and 13 on the MgO tunneling film 23, the B (boron) intermediate layer (see reference numeral 24 in FIG. 4) within 0.5 to 10 kW in order to promote surface planarization and crystallization of the ferromagnetic material. Can be deposited.

도 2는 강자성체/MgO 터널링막/반도체의 적층구조에 있어서, 반도체와 MgO 터널링 막의 격자 정합에 의한 MgO 터널링막의 격자 상수의 제어를 설명하기 위한 모식도이다. MgO 터널링막과 격자 정합을 이루는 반도체로는, 예를 들어 InAs이 사용될 수 있다. Fig. 2 is a schematic diagram for explaining the control of the lattice constant of the MgO tunneling film by lattice matching between the semiconductor and the MgO tunneling film in the lamination structure of the ferromagnetic material / MgO tunneling film / semiconductor. For example, InAs may be used as a semiconductor in lattice matching with the MgO tunneling film.

도 2에 도시된 MgO 및 InAs 격자 구조는 위에서 본 형태(도 1의 z축 방향으로 바라본 형태)로서, MgO의 [100] 방향(보다 넓게는 <100> 방향)은 InAs의 [110] 방향과 일치하는 결정관계를 보인다. 실제의 적층 구조에서는, 도 2에 도시된 InAs 격자구조는 MgO 격자 구조 아래에 배치된다. 이 경우, InAs의 [110] 방향의 격자 상수(4.302Å)는 MgO의 [100] 방향의 평형 격자 상수(4.216Å)보다 약 2% 정도 크므로, MgO 박막은 격자 정합에 의해 인장 응력을 받아 MgO의 [100] 방향의 격자 상수값이 증가하게 된다. The MgO and InAs lattice structures shown in FIG. 2 are viewed from above (as viewed in the z-axis direction of FIG. 1), and the [100] direction (more broadly, the <100> direction) of MgO is the same as the [110] direction of InAs. Show a consistent decision relationship In an actual laminated structure, the InAs lattice structure shown in FIG. 2 is disposed below the MgO lattice structure. In this case, the lattice constant (4.302Å) of InAs in the [110] direction is about 2% larger than the equilibrium lattice constant (4.216O) in the [100] direction of MgO, so the MgO thin film is subjected to tensile stress by lattice matching. The lattice constant in the [100] direction of MgO increases.

InAs 대신에 GaAs 반도체를 사용하는 경우에는, MgO의 [100] 방향(평형 격자상수 d100 = 4.216Å)과 GaAs의 [110] 방향(평형 격자상수 d110 = 3.996Å)이 평행하도록 각 층을 성장시키고, 이 경우 MgO 박막의 격자 상수가 GaAs에 비하여 약 5.2% 크므로 압축 응력을 받아 격자상수값이 평형값보다 감소하게 된다. If GaAs semiconductors are used instead of InAs, each layer should be placed so that the [100] direction of MgO (equilibrium lattice constant d 100 = 4.216 Å) and the GaAs [110] direction (equilibrium lattice constant d 110 = 3.996 Å) are parallel. In this case, since the lattice constant of the MgO thin film is about 5.2% larger than that of GaAs, the lattice constant is reduced from the equilibrium value due to compressive stress.

상술한 바와 같이, 인접 반도체 물질과의 격자 정합을 통해 MgO의 <100> 방향의 격자 상수(이 격자 상수는 MgO 박막의 (100) 면내의 격자 상수에 해당)를 늘리거나 줄일 수 있고, 이에 따라 MgO 결정 방향과 격자상수값에 크게 의존하는 결맞음 터널링 효과를 배가시킴으로써 강자성체로부터 반도체로의 스핀 주입 효율 또는 스핀 주입 분극율을 현저히 향상시킬 수 있다. As described above, the lattice constant in the <100> direction of MgO can be increased or decreased through lattice matching with adjacent semiconductor materials, and thus the lattice constant in the (100) plane of the MgO thin film. By doubling the coherent tunneling effect, which is highly dependent on the MgO crystal direction and lattice constant value, the spin injection efficiency or spin injection polarization rate from the ferromagnetic material to the semiconductor can be significantly improved.

본 발명자들은, 반도체와 격자 정합을 이루는 <100> 결정 방향의 MgO 터널링막 - <100> 방향이 MgO 터널링막의 (상)면내 방향임 - 에 의한 전자 스핀 주입 효율의 개선을 검증하기 위해, 도 3에 도시된 바와 같은 스핀 주입 소자를 제작하여, 여러가지 전기적, 자기적 특성을 측정하였다(도 5 내지 7 참조). In order to verify the improvement of the electron spin injection efficiency by the MgO tunneling film in the <100> crystal direction forming the lattice match with the semiconductor, where the <100> direction is the (top) in-plane direction of the MgO tunneling film, FIG. Spin injection devices as shown in the drawings were fabricated, and various electrical and magnetic properties were measured (see FIGS. 5 to 7).

도 3은 MgO 터널링막을 강자성체와 반도체의 사이에 삽입하여 제작된, 본 발명의 실시예에 따른 스핀 트랜지스터용 스핀 주입 소자의 평면도를 나타내는 SEM(주사전자현미경) 사진이다. 스핀 주입 효율의 개선 가능성만을 조사하기 위해, 도 1의 스핀 트랜지스터 중 게이트 전극과 게이트 절연막(14, 15)의 형성은 생략하고, 소스, 드레인, 채널을 갖는 반도체 기판을 구비한 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같은 스핀 주입 소자를 제작하였다.3 is a SEM (scanning electron microscope) photograph showing a plan view of a spin injection device for a spin transistor according to an embodiment of the present invention, prepared by inserting an MgO tunneling film between a ferromagnetic material and a semiconductor. In order to investigate only the possibility of improving the spin injection efficiency, the formation of the gate electrode and gate insulating films 14 and 15 of the spin transistor of FIG. 1 is omitted, and FIGS. 3 and 4 are provided with a semiconductor substrate having a source, a drain, and a channel. A spin injection device as shown in the figure was fabricated.

도 3의 SEM 사진에서 세로로 연장된 부분(31, 32)은 광식각 공정에 의해 형성된 InAs 기반의 2차원 전자가스(2DEC)층을 구비한 반도체 메사 구조로서 스핀 전자의 전송 채널(채널층)에 해당한다. 채널층(31, 32) 위에 서로 다른 폭을 갖는 강자성체 Fe박막의 소스(11)와 드레인(13)이 형성되어 있다. 소스(11)의 양단과 드레인(13)의 양단에는 예컨대, Ti/Au로 된 전기 접속 패드(35, 36; 37, 38)가 설치되어 있다. 이러한 메사 구조의 채널층(31, 32) 폭은 예컨대 8㎛ 정도이고, 소스와 드레인 사이의 간격(채널 길이)는 약 2.4㎛정도일 수 있다. 소스(11)와 드레인(13)의 형상(특히, 폭)을 달리함으로써 Fe 박막의 형상자기 이방성(magnetic shape anisotropy)을 이용하여 두 자성체(소스와 드레인)의 보자력을 다르게 할 수 있다. The vertically extending portions 31 and 32 in the SEM image of FIG. 3 are semiconductor mesa structures having an InAs-based two-dimensional electron gas (2DEC) layer formed by a photolithography process, and transport electrons (channel layers) of spin electrons. Corresponds to The source 11 and the drain 13 of the ferromagnetic Fe thin film having different widths are formed on the channel layers 31 and 32. Both ends of the source 11 and both ends of the drain 13 are provided with electrical connection pads 35, 36; 37, 38, for example, made of Ti / Au. The width of the channel layers 31 and 32 of the mesa structure may be, for example, about 8 μm, and the distance between the source and the drain (channel length) may be about 2.4 μm. By varying the shape (especially the width) of the source 11 and the drain 13, the coercive force of the two magnetic bodies (source and drain) can be different by using the magnetic shape anisotropy of the Fe thin film.

도 4(a)는 도 3의 스핀 트랜지스터용 스핀 주입 소자의 일부 단면을 나타낸 모식도이고, 도 4(b)는 그 단면의 적층구조를 보여주는 TEM(투과전자현미경) 사진이다. 도 4(a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 계면저항을 줄이도록 InAs 양자우물 구조의 채널층(7) 바로 위의 InAlAs층(22)을 채널층(7) 직상 5 ~ 10nm까지 에칭한 후, 약 2nm 두께의 [100] MgO 터널링막(23)과 약 1nm 두께의 B(붕소) 중간층(24)을 형성하고, 그 위에 약 16 nm두께의 Fe 강자성체 소스 및 드레인(11, 13)을 형성하 여 소자를 제작한다. InAlAs층(22)은 InAs 양자우물 구조의 채널층(7)을 형성하기 위해 InAs의 밴드갭보다 더 큰 밴드갭을 갖는 반도체이다. 도 4(b)의 TEM 사진은, 스핀 소자의 InAlAs(22), [100] MgO 터널링막(23), B 중간층(24) 및 Fe 강자성체층(11 또는 13)의 적층 구조를 보여주고 있다. 여기서, B 중간층(24)은 MgO 결정(23) 위에 위치하는 Fe 강자성체(11, 13)의 결정화를 도와주고 MgO(23)로부터 인접층으로 산소의 확산을 방지하는 확산 방지막의 역할을 한다.FIG. 4 (a) is a schematic view showing a partial cross section of the spin injection device for spin transistor of FIG. 3, and FIG. 4 (b) is a TEM (transmission electron microscope) photograph showing the stacked structure of the cross section. As shown in FIGS. 4A and 4B, the InAlAs layer 22 directly on the channel layer 7 of the InAs quantum well structure is etched to 5 to 10 nm directly above the channel layer 7 to reduce interfacial resistance. Thereafter, a [100] MgO tunneling film 23 having a thickness of about 2 nm and a B (boron) intermediate layer 24 having a thickness of about 1 nm are formed thereon, and an Fe ferromagnetic source and drain 11 and 13 having a thickness of about 16 nm thereon. To form a device. The InAlAs layer 22 is a semiconductor having a bandgap larger than the bandgap of InAs to form the channel layer 7 of the InAs quantum well structure. The TEM image of FIG. 4 (b) shows the lamination structure of the InAlAs 22, the [100] MgO tunneling film 23, the B intermediate layer 24, and the Fe ferromagnetic layer 11 or 13 of the spin element. Here, the B intermediate layer 24 serves as a diffusion barrier to help crystallize the Fe ferromagnetic materials 11 and 13 located on the MgO crystal 23 and prevent diffusion of oxygen from the MgO 23 to the adjacent layer.

도 5는 강자성체 소스/드레인과 반도체 사이에 도입된 MgO 터널링막의 특성을 평가하기 위해 도 3의 스핀 주입 소자에 대해 측정한 전류(J: 보다 정확하게는 전류 밀도)-전압(V)특성을 나타내는 그래프이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 전압에 따라 전류가 완만하게 증가하는 특성을 보이며, 이러한 특성은 샤트키(Schottky)와 오믹(Ohmic)의 중간 영역에 해당한다. 이 전류(J)-전압(V) 특성은 MgO 터널링막(23)의 두께에 따라 큰 변화를 보이지 않는 반면에, InAlAs의 에칭 깊이에는 상당히 의존하는 경향을 보인다.FIG. 5 is a graph showing the current (J: more precise current density) -voltage (V) characteristics measured for the spin injection device of FIG. 3 to evaluate the characteristics of the MgO tunneling film introduced between the ferromagnetic source / drain and the semiconductor. to be. As shown in FIG. 5, the current gradually increases with the voltage, and this characteristic corresponds to the middle region between Schottky and Ohmic. This current (J) -voltage (V) characteristic does not show a great change depending on the thickness of the MgO tunneling film 23, while it tends to depend significantly on the etching depth of InAlAs.

도 6은 도 3의 스핀 주입 소자에 있어서 강자성체(11, 13)와 반도체 채널층(7) 간의 스핀 주입 배리어 폭에 따른 계면 저항의 크기를 나타내는 그래프이다. 이 스핀 주입 배리어 폭(barrier width)은 도 4에서 설명한 InAlAs층(22)의 에칭 깊이에 따라 다른데, 에칭 깊이가 클수록 배리어 폭은 작다. 도 6에서 가로축은 상술한 배리어 폭을 나타내고 세로축은 계면저항(R)×계면적(A)을 나타낸다. 에칭 깊 이가 약 25nm로서, InAlAs를 모두 제거하여 InAs 채널층(7)과 MgO 터널링막(23)이 직접 접촉하는 경우에, 가로축의 배리어 폭이 0이 된다. 여러가지 에칭 깊이에서(즉, 다양한 배리어 폭에서) 실험한 결과, 채널층(7) 직상의 InAlAs(22) 두께(배리어 폭)가 7nm까지는 R×A값이 약 102 Ωㆍ㎛2 이하의 매우 낮은 값을 보이나, 그 이상의 두께에서는 R×A값이 지수함수적으로 증가하여 두께 30nm 이상에서는 106 Ωㆍ㎛2 이상의 매우 높은 R×A값을 갖게 된다. 따라서, 채널층(7) 직상의 InAlAs(22)의 두께가 약 7nm 이내일 경우, MgO 결맞음 터널링을 통한 스핀 주입에 유리한 낮은 R×A값을 나타낸다.6 is a graph showing the magnitude of the interface resistance according to the spin injection barrier width between the ferromagnetic materials 11 and 13 and the semiconductor channel layer 7 in the spin injection device of FIG. 3. This spin injection barrier width varies depending on the etching depth of the InAlAs layer 22 described in FIG. 4, but the larger the etching depth, the smaller the barrier width. In FIG. 6, the horizontal axis represents the above-described barrier width, and the vertical axis represents the interface resistance (R) × interface area (A). When the etching depth is about 25 nm and all InAlAs are removed to directly contact the InAs channel layer 7 and the MgO tunneling film 23, the horizontal barrier width becomes zero. Experiments at different etch depths (ie at various barrier widths) have shown that the thickness of the InAlAs (22) directly above the channel layer 7 (barrier width) of up to 7 nm has an R × A value of about 10 2 μs · μm 2 or less. Although the value is low, the RxA value increases exponentially at a thickness greater than that, and has a very high RxA value of 10 6 Pa · μm 2 or more at a thickness of 30 nm or more. Therefore, when the thickness of InAlAs 22 directly on the channel layer 7 is within about 7 nm, it exhibits a low R x A value, which is advantageous for spin implantation through MgO coherence tunneling.

도 7은 도 3의 스핀 주입 소자에 대한 논로컬 측정 결과를 나타내는 그래프로서, MgO 터널링막(23)을 통해 성공적으로 반도체로 스핀이 주입되는 것을 보여준다. 이 논로컬 측정에서는, 20K의 온도에서 1mA의 전류를 도 3의 소스 접속 패드(소스 터미널)(36)에서 반도체 채널층의 일단(반도체 터미널)(31)으로 인가하면서 드레인 접속 패드(드레인 터미널)(38)와 반도체 채널층의 타단(반도체 터미널)(32) 사이의 전압을 측정하였다. 소스 접속 패드(36)과 반도체 터미널(31) 사이의 전류는 차지(charge) 전류와 스핀 전류의 합이며, 반대쪽 반도체 터미널(32)로는 순수 스핀 전류만이 형성되어, 그에 따른 포텐셜 변화가 반도체 터미널(32)과 드레인 터미널(38) 간의 단자 전압의 변화로 나타난다. 이 때, 외부에서 인위적으로 자계를 인가해주되, 자계를 증가시키면서(스윕 업: sweep-up) 전압을 측정하기도 하고, 또 자계를 감소시키면서(스윕 다운: sweep-down) 전압을 측정하기도 하였다. 순수한 스핀 전류를 측정하기 위해 인가 전류가 흘러가는 경로 밖에 전압 단자를 설치하여 순수한 스핀 전류만을 측정하는 이러한 측정 방법을 논로컬 측정법(non-local measurement)이라 한다.FIG. 7 is a graph illustrating a non-local measurement result of the spin injection device of FIG. 3, showing that spin is successfully injected into the semiconductor through the MgO tunneling layer 23. In this non-local measurement, a drain connection pad (drain terminal) is applied while applying a current of 1 mA at a temperature of 20 K from the source connection pad (source terminal) 36 in FIG. 3 to one end (semiconductor terminal) 31 of the semiconductor channel layer. The voltage between 38 and the other end (semiconductor terminal) 32 of the semiconductor channel layer was measured. The current between the source connection pad 36 and the semiconductor terminal 31 is the sum of the charge current and the spin current, and only the pure spin current is formed in the opposite semiconductor terminal 32, so that the potential change is caused by the semiconductor terminal. This is indicated by a change in the terminal voltage between 32 and the drain terminal 38. At this time, the external magnetic field was artificially applied, but the voltage was measured while increasing the magnetic field (sweep-up) and while decreasing the magnetic field (sweep-down). In order to measure pure spin current, this measurement method of measuring pure spin current by installing a voltage terminal outside a path through which an applied current flows is called non-local measurement.

도 7의 그래프는, 소스와 드레인의 길이 방향으로 평면 자계를 인가하면서 측정한 전압 변화(반도체 터미널(32)과 드레인 터미널(38)간 전압의 변화)를 인가 전류로 나누어 스핀 저항값의 변화로 나타낸 것이다. 보다 구체적으로는, 도 7의 그래프의 가로축은 인가 자계(강자성체 소스 및 드레인과 평행 또는 반평행한 방향)를 나타내고, 세로축의 ΔR은 기본 저항값(Rbase ~ -14 mΩ: 소스와 드레인의 자화방향이 평행일 때의 스핀 저항값)에서 각 인가자계에서의 스핀 저항값(R)을 뺀 값을 나타낸다. The graph of FIG. 7 shows the change in spin resistance by dividing the voltage change (change in voltage between the semiconductor terminal 32 and the drain terminal 38) measured while applying a planar magnetic field in the longitudinal direction of the source and drain by the applied current. It is shown. More specifically, the horizontal axis of the graph of FIG. 7 represents an applied magnetic field (direction parallel or antiparallel to the ferromagnetic source and drain), and ΔR of the vertical axis represents a basic resistance value (R base to -14 mΩ: magnetization of the source and drain). Spin resistance value when the directions are parallel) is obtained by subtracting the spin resistance value R in each of the applied magnetic fields.

도 3과 도 7을 참조하면, 소스(11)와 드레인(13)의 자화방향이 평행할 때는 0에 가까운 매우 작은 기본저항(Rbase)을 보인다. 이론적으로는, 소스(11)와 드레인(13)의 평행구간에서는 차지 전류가 흐르지 않으므로 저항이 0이 되어야 하나, 계면 저항의 영향으로 0이 아닌 기본저항값(Rbase)을 나타내는 것이다. 3 and 7, when the magnetization directions of the source 11 and the drain 13 are parallel to each other, a very small basic resistance R base close to zero is shown. Theoretically, since the charge current does not flow in the parallel section of the source 11 and the drain 13, the resistance should be zero, but the non-zero basic resistance value R base is represented by the influence of the interface resistance.

스윕 업 또는 스윕 다운으로 인가자계를 변화시킴에 따라 소스(11)에 비하여 보자력이 더 작은 드레인(13)(참고로, 소스와 드레인의 선폭을 달리함으로써 형상자기 이방성에 의해 보자력을 다르게 할 수 있음)의 자화반전이 발생하여 소스(11)와 드레인(13)은 일정한 자계범위에서 반평행한(antiparallel) 상태가 된다. 이러한 반평행 구간에서, 반도체로 주입된 스핀의 축적이 일어나서 스핀 저항이 대폭적으로 변하여 뚜렷한 논로컬 스핀 주입 신호를 보인다. 도 7에 나타난 바와 같이, 저항값이 아래로 크게 떨어진 딥(dip) 구간(스핀 저항 변화 구간)이 뚜렷하게 확인되는데, 이 딥 구간은 소스(11)와 드레인의 반평행 구간(자화반전 구간)과 정확히 일치한다. 이것으로, 드레인(13)에 도착한 전자 스핀 방향과 드레인(13)의 자화 방향의 평행 또는 반평행 관계에 따른 명확한 스핀 저항 변화를 확인할 수 있다. 강자성체(소스, 드레인)는 히스테리시스 특성이 있기 때문에, 스윕 업 측정에서의 딥 부분과 스윕 다운 측정에서의 딥 부분이 서로 일치하지 않는다. As the applied magnetic field is changed by sweep up or sweep down, the coercive force of the drain 13 having a smaller coercivity than the source 11 (for reference, the coercivity can be changed by the shape magnetic anisotropy by changing the line width of the source and the drain). ) Magnetization reversal occurs so that the source 11 and the drain 13 become antiparallel in a constant magnetic range. In this antiparallel section, the accumulation of spin injected into the semiconductor occurs, resulting in a significant change in spin resistance, resulting in a distinct non-local spin injection signal. As shown in FIG. 7, a dip section (spin resistance change section) in which the resistance value is greatly decreased downward is clearly identified, and the dip section includes antiparallel sections (magnetism inversion sections) of the source 11 and drain. Matches exactly. This makes it possible to confirm a clear change in spin resistance due to the parallel or antiparallel relationship between the electron spin direction arriving at the drain 13 and the magnetization direction of the drain 13. Since the ferromagnetic material (source, drain) has hysteresis characteristics, the dip portion in the sweep up measurement and the dip portion in the sweep down measurement do not coincide with each other.

도 7에서, 딥 구간에서의 ΔR(= Rbase - Rantiparallel)값은 약 3mΩ으로 나타나는데, 이 값은 기본 저항 대비 약 21% 정도의 매우 높은 저항비를 보여 MgO 터널링막을 통해 스핀 주입 분극율이 상당히 개선되었음을 알 수 있다. 이러한 결과는, <100> 결정방향의 MgO 터널링막을 통한 결맞음 터널링 효과의 증대에 의해, 높은 스핀 주입 분극율이 발생함을 입증하는 것이다.In Fig. 7, the ΔR (= R base -R antiparallel ) value in the deep section is about 3mΩ, which shows a very high resistance ratio of about 21% compared to the basic resistance, and the spin injection polarization rate is increased through the MgO tunneling layer. It can be seen that it is significantly improved. These results demonstrate that high spin injection polarization occurs by increasing the coherence tunneling effect through the MgO tunneling film in the <100> crystal direction.

상술한 실시예에서는 강자성체로부터 반도체 채널로의 스핀 주입 효율 향상 을 위해 강자성체와 반도체 사이에 <100> 결정 방향의 MgO 터널링막을 사용하고 있으나, 이러한 MgO막 대신에 (또는 MgO와 함께) Alq3 및 펜타센(pentacene) 등의 유기터널링막을 사용할 수도 있다. 이러한 예를 도 8 및 9에 도시하였다. In the above-described embodiment, the MgO tunneling film in the <100> crystal direction is used between the ferromagnetic material and the semiconductor to improve spin injection efficiency from the ferromagnetic material to the semiconductor channel. However, Alq 3 and penta instead of the MgO film (or with MgO) are used. Organic tunneling films such as pentacene may also be used. This example is illustrated in FIGS. 8 and 9.

도 8에 도시된 바와 같이, 강자성체 소스/드레인(11 또는 13)과 InAs 반도체 채널층(7) 사이에 MgO 터널링막 대신에 Alq3 및 펜타센(pentacene) 등의 유기터널링막(123)이 배치되어 있다. 이러한 유기터널링막(123)은 비정질이며 스핀 정합 길이(spin coherence leng: 스핀이 업(up) 또는 다운(down)으로 분극된 상태로 스핀완화(spin relaxation)없이 이동할 수 있는 최대 길이)가 결정성 막과는 달리 수 ㎛로 매우 길어 스핀 터널링 효과를 배가시키는 작용을 한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 강자성체(11, 13)/MgO 터널링막(23)/유기터널링막(123)/반도체(22, 7)의 적층 구조를 이용할 수도 있다. 도 9의 실시예의 경우, 유기터널링막(123)은 <100> MgO 터널링막(23)의 결맞음 터널링 현상을 보완하는 의미가 있다. 도 9의 실시예에서, MgO 터널링막(23)과 강자성체(11, 13) 사이에 B 중간층을 추가로 형성할 수 있다. 도 9에서의 적층 순서와 달리, 강자성체(11, 13)/유기터널링막(123)/MgO 터널링막(23)/반도체(22, 7)의 적층 구조를 사용할 수도 있다. As shown in FIG. 8, an organic tunneling film 123 such as Alq 3 and pentacene is disposed between the ferromagnetic source / drain 11 or 13 and the InAs semiconductor channel layer 7 instead of the MgO tunneling film. It is. The organic tunneling layer 123 is amorphous and has a spin coherence leng (maximum length that can be moved without spin relaxation while spin is polarized up or down). Unlike the membrane, it is very long, several micrometers, which doubles the spin tunneling effect. As shown in FIG. 9, a laminated structure of ferromagnetic materials 11 and 13 / MgO tunneling film 23 / organic tunneling film 123 / semiconductors 22 and 7 may be used. In the case of the embodiment of FIG. 9, the organic tunneling film 123 has a meaning to compensate for the coherence tunneling phenomenon of the <100> MgO tunneling film 23. In the embodiment of FIG. 9, an intermediate B layer may be further formed between the MgO tunneling layer 23 and the ferromagnetic bodies 11 and 13. Unlike the lamination order in FIG. 9, a lamination structure of ferromagnetic materials 11 and 13 / organic tunneling film 123 / MgO tunneling film 23 / semiconductors 22 and 7 may be used.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 또한, 본 발명은 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다. It is intended that the invention not be limited by the foregoing embodiments and the accompanying drawings, but rather by the claims appended hereto. In addition, it will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be substituted, modified, and changed in various forms without departing from the technical spirit of the present invention described in the claims.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 스핀 트랜지스터를 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a spin transistor according to an embodiment of the present invention.

도 2는 강자성체/MgO 터널링막/반도체의 적층구조에 있어서, 반도체와 MgO 터널링 막의 격자 정합에 의한 MgO 터널링막의 격자 상수의 제어를 설명하기 위한 모식도이다.Fig. 2 is a schematic diagram for explaining the control of the lattice constant of the MgO tunneling film by lattice matching between the semiconductor and the MgO tunneling film in the lamination structure of the ferromagnetic material / MgO tunneling film / semiconductor.

도 3은 MgO 터널링막을 강자성체와 반도체의 사이에 삽입하여 제작된, 본 발명의 실시예에 따른 스핀 트랜지스터용 스핀 주입 소자의 평면도를 나타내는 SEM(주사전자현미경) 사진이다.3 is a SEM (scanning electron microscope) photograph showing a plan view of a spin injection device for a spin transistor according to an embodiment of the present invention, prepared by inserting an MgO tunneling film between a ferromagnetic material and a semiconductor.

도 4(a)는 도 3의 스핀 주입 소자의 일부 단면 모식도이고, 도 4(b)는 그 일부 단면을 나타내는 TEM(투과전자현미경) 사진이다.FIG. 4 (a) is a schematic cross-sectional view of a part of the spin injection device of FIG. 3, and FIG. 4 (b) is a TEM (transmission electron microscope) photograph showing a partial cross section.

도 5는 도 3의 스핀 주입 소자에 대해 측정한 전류-전압 특성을 나타내는 그래프이다.FIG. 5 is a graph illustrating current-voltage characteristics measured for the spin injection device of FIG. 3.

도 6은 도 3의 스핀 주입 소자에 있어서 강자성체와 반도체 채널 간의 스핀 주입 배리어 폭에 따른 계면 저항의 크기를 나타내는 그래프이다.FIG. 6 is a graph illustrating the magnitude of the interface resistance according to the spin injection barrier width between the ferromagnetic material and the semiconductor channel in the spin injection device of FIG. 3.

도 7은 도 3의 스핀 주입 소자에 대한 논로컬 측정(non-local measurement) 결과를 나타내는 그래프이다.FIG. 7 is a graph illustrating a non-local measurement result of the spin injection device of FIG. 3.

도 8 및 도 9는 본 발명의 다른 실시형태들에 따른 스핀 트랜지스터 구조의 일부를 나타낸 단면도이다.8 and 9 are cross-sectional views illustrating a portion of a spin transistor structure according to other embodiments of the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

7: 채널층 10: 스핀 트랜지스터7: channel layer 10: spin transistor

11: 소스 12: 반도체 기판11: source 12: semiconductor substrate

13: 드레인 14: 게이트 전극13: drain 14: gate electrode

15: 게이트 절연막 23: MgO 터널링막15: gate insulating film 23: MgO tunneling film

24: B(붕소) 중간층 31: 채널의 일단24: B (boron) intermediate layer 31: one end of the channel

32: 채널의 타단 35, 36: 소스 접속 패드32: other end of channel 35, 36: source connection pad

37, 38: 드레인 접속 패드 123: 유기터널링막37, 38: drain connection pad 123: organic tunneling film

Claims (15)

스핀 분극된 전자가 통과하는 채널층이 내부에 형성된 반도체 기판; A semiconductor substrate having a channel layer through which spin-polarized electrons pass; 상기 반도체 기판 상에 형성되고, 상기 채널층으로 스핀분극된 전자를 주입하는 강자성체 소스; A ferromagnetic source formed on the semiconductor substrate and injecting electrons spin-polarized into the channel layer; 상기 소스로부터 이격되어 상기 반도체 기판 상에 형성되고, 상기 채널층을 통과하는 전자의 스핀을 검출하기 위한 강자성체 드레인; A ferromagnetic drain spaced from the source and formed on the semiconductor substrate for detecting spin of electrons passing through the channel layer; 상기 소스와 드레인 사이에서 상기 반도체 기판 위에 형성되어 게이트 전압이 인가되는 게이트 전극; 및 A gate electrode formed on the semiconductor substrate between the source and the drain to apply a gate voltage; And 상기 소스/드레인과 상기 반도체 기판 사이에 형성되고 <100> 방향의 결정성을 갖는 MgO 터널링막 또는 유기터널링막을 포함하되,And an MgO tunneling film or an organic tunneling film formed between the source / drain and the semiconductor substrate and having crystallinity in a <100> direction. 상기 MgO 터널링막은, 상기 MgO 터널링막과 인접한 물질 간의 격자정합에 의해 <100>방향의 격자 상수가 평형 격자 상수값으로부터 벗어난 것을 특징으로 하는 스핀 트랜지스터.The MgO tunneling film is a spin transistor, characterized in that the lattice constant in the <100> direction deviated from the equilibrium lattice constant value by lattice matching between the MgO tunneling film and the adjacent material. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 인접한 물질은 반도체 물질인 것을 특징으로 하는 스핀 트랜지스터.And wherein said adjacent material is a semiconductor material. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 인접한 물질은 강자성체 물질인 것을 특징으로 하는 스핀 트랜지스터.And said adjacent material is a ferromagnetic material. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 게이트 전압을 통해 스핀 궤도 결합에 의해 발생하는 유효자기장을 조절함으로써 상기 드레인에 도착한 스핀 전자의 자화방향에 따라 상기 스핀 트랜지스터의 채널 저항이 제어되는 것을 특징으로 하는 스핀 트랜지스터.And controlling the channel resistance of the spin transistor in accordance with the magnetization direction of the spin electrons arriving at the drain by adjusting the effective magnetic field generated by the spin orbit coupling through the gate voltage. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 소스 및 드레인은 Fe, Co, Ni, FeCo, NiFe, CoFeB, Gd, Tb, Dy, CrO2, GaMnAs, InMnAs, GeMn, GaMnN 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료로 형성된 것을 특징으로 하는 스핀 트랜지스터.The source and drain are formed of a material selected from the group consisting of Fe, Co, Ni, FeCo, NiFe, CoFeB, Gd, Tb, Dy, CrO 2 , GaMnAs, InMnAs, GeMn, GaMnN, and combinations thereof transistor. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 소스 및 드레인은 강자성 박막과 비자성 박막을 교대로 반복 적층한 구조를 갖고, 상기 채널층 상면에 수직인 방향으로 자화된 자성체인 것을 특징으로 하는 스핀 트랜지스터.And the source and the drain have a structure in which ferromagnetic thin films and nonmagnetic thin films are alternately repeatedly stacked, and are magnetized in a direction perpendicular to an upper surface of the channel layer. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 강자성 박막은 CoFe, Co, Ni, NiFe 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 스핀 트랜지스터.And the ferromagnetic thin film is selected from the group consisting of CoFe, Co, Ni, NiFe, and combinations thereof. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 비자성 박막은 Pd, Au, Pt 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 스핀 트랜지스터.And the nonmagnetic thin film is selected from the group consisting of Pd, Au, Pt, and combinations thereof. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 채널층은 Si, Ge, GaAs, InAs, InSb 및 이들이 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 반도체 재료로 형성된 것을 특징으로 하는 스핀 트랜지스터.And the channel layer is formed of a semiconductor material selected from the group consisting of Si, Ge, GaAs, InAs, InSb, and combinations thereof. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 채널층은 SOI 구조 내의 반도체로 형성되거나 또는 2차원 전자가스층으로 형성된 것을 특징으로 하는 스핀 트랜지스터.And the channel layer is formed of a semiconductor in an SOI structure or a two-dimensional electron gas layer. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 유기터널링막은 Alq3 및 펜타센(pentacene) 중에서 선택된 물질로 형성된 것을 특징으로 하는 스핀 트랜지스터.The organic tunneling layer is a spin transistor, characterized in that formed of a material selected from Alq 3 and pentacene (pentacene). 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 강자성체 소스/드레인과 상기 반도체 사이에는 <100> 방향의 결정성을 갖는 MgO 터널링막과 유기터널링막이 배치된 것을 특징으로 하는 스핀 트랜지스터.And a MgO tunneling film and an organic tunneling film having a crystallinity in a <100> direction between the ferromagnetic source / drain and the semiconductor. 제12항에 있어서,The method of claim 12, 상기 유기터널링막 상에 상기 MgO 터널링막이 적층되거나, 상기 MgO 터널링 막 상에 상기 유기터널링막이 적층된 것을 특징으로 하는 스핀 트랜지스터.The MgO tunneling film is laminated on the organic tunneling film, or the organic tunneling film is laminated on the MgO tunneling film. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 강자성체 소스/드레인과 상기 반도체 사이에 <100> 방향의 결정성을 갖는 MgO 터널링막이 배치되고, 상기 소스 및 드레인과 상기 MgO 터널링막 사이에 형성된 B(붕소) 중간층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스핀 트랜지스터.And a MgO tunneling film having a crystallinity in a <100> direction between the ferromagnetic source / drain and the semiconductor, and further comprising a B (boron) intermediate layer formed between the source and drain and the MgO tunneling film. Spin transistor. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 소스 및 드레인의 하부는 상기 반도체 기판 상면 아래로 매립된 것을 특징으로 하는 스핀 트랜지스터.And a lower portion of the source and drain is buried below an upper surface of the semiconductor substrate.
KR1020080087586A 2008-09-05 2008-09-05 Spin transistor with enhanced spin injection efficiency KR101009726B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080087586A KR101009726B1 (en) 2008-09-05 2008-09-05 Spin transistor with enhanced spin injection efficiency

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080087586A KR101009726B1 (en) 2008-09-05 2008-09-05 Spin transistor with enhanced spin injection efficiency

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100028727A KR20100028727A (en) 2010-03-15
KR101009726B1 true KR101009726B1 (en) 2011-01-19

Family

ID=42179229

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080087586A KR101009726B1 (en) 2008-09-05 2008-09-05 Spin transistor with enhanced spin injection efficiency

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101009726B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101568373B1 (en) 2014-05-14 2015-11-12 한국과학기술연구원 Ferromagnet-free spin transistor and method for operation

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070066118A (en) * 2005-12-21 2007-06-27 삼성전자주식회사 Magnetic tunneling junction cell and magneto-resistive random access memory comprising the same
JP2008066596A (en) * 2006-09-08 2008-03-21 Toshiba Corp Spin mosfet

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070066118A (en) * 2005-12-21 2007-06-27 삼성전자주식회사 Magnetic tunneling junction cell and magneto-resistive random access memory comprising the same
JP2008066596A (en) * 2006-09-08 2008-03-21 Toshiba Corp Spin mosfet

Also Published As

Publication number Publication date
KR20100028727A (en) 2010-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100855105B1 (en) Spin transistor using perpendicular magnetization
EP1764838B1 (en) Use of a spin transistor, using a spin-orbit coupling induced magnetic field
US7625767B2 (en) Methods of making spintronic devices with constrained spintronic dopant
US9461241B2 (en) Magneto-electronic devices and methods of production
US7893426B2 (en) Single-charge tunnelling device
KR100971843B1 (en) Magnetoresistive device
RU2585578C2 (en) Magnetic memory element
US8564293B2 (en) Method for changing spin relaxation, method for detecting spin current and spintronics device using spin relaxation
US20080012004A1 (en) Spintronic devices with constrained spintronic dopant
EP1705665B1 (en) Conduction control device
KR100709395B1 (en) Spin transistor using ferromagnet
US8053851B2 (en) Spin transistor using epitaxial ferromagnet-semiconductor junction
Gong et al. A new pathway towards all-electric spintronics: electric-field control of spin states through surface/interface effects
KR101009726B1 (en) Spin transistor with enhanced spin injection efficiency
CN108352446A (en) Magnetic channel diode and magnetic channel transistor
Shen Beyond-Cmos Devices: Logic, Interconnects and Memory
Shukla Kumar Voltage effects in poly and single-crystal 3d
Idzuchi et al. Tunneling Devices with Perpendicular Magnetic Anisotropy Electrodes on Atomically Thin van der Waals Heterostructures
CN116013976A (en) Spin field effect transistor and method of manufacturing the same
Liu Electronic and spintronic transport in germanium nanostructures
Zhang Studies of novel magnetic materials and interfaces via electronic transport and superconducting spectroscopy
CA2646325A1 (en) Spintronic devices with constrained spintronic dopant and associated methods

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140103

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141226

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151229

Year of fee payment: 6

LAPS Lapse due to unpaid annual fee