Ⅰ. 제 목 강자성 반도체 신물질 개발 및 응용 연구 Ⅱ. 연구개발의 목적 및 필요성 현재의 반도체 소자는 전자의 전하만을 제어하고 있는데, 전하와 스핀을 동시에 제어할 수 있게되면 다양하고 새로운 소자를 만들 수 있다. 즉, 반도체내에 스핀 편극된 전류를 주입함 으로써, 운반자(carrier)들의 스핀 상태를 조절 가능하게 할 수 있고 spin-LED, spin-FET, spin-transistor, spin-RTD 등을 제작할 수 있으며, quantum computing을 위해 요구되는 양자 bit 조작을 스핀을 사용하여 구현할
Ⅰ. 제 목 강자성 반도체 신물질 개발 및 응용 연구 Ⅱ. 연구개발의 목적 및 필요성 현재의 반도체 소자는 전자의 전하만을 제어하고 있는데, 전하와 스핀을 동시에 제어할 수 있게되면 다양하고 새로운 소자를 만들 수 있다. 즉, 반도체내에 스핀 편극된 전류를 주입함 으로써, 운반자(carrier)들의 스핀 상태를 조절 가능하게 할 수 있고 spin-LED, spin-FET, spin-transistor, spin-RTD 등을 제작할 수 있으며, quantum computing을 위해 요구되는 양자 bit 조작을 스핀을 사용하여 구현할 수 있는 가능성이 열리게 된다. 전자나 홀의 전하를 이용 하는 기존의 반도체 소자들과는 달리, 전자나 홀의 전하와 스핀을 동시에 이용하는 스핀트로 닉스의 실현에 있어 무엇보다 절실히 요구되는 것은 상온에서 강자성을 띠며 각종 전기적 성 질이 우수한 새로운 강자성 반도체 제조라 할 수 있으며, 현재 세계적으로 뜨겁게 떠오르는 연구 테마이다.금속 자성체를 이용한 스핀 주입 시 야기되는 문제점을 해결하기 위한 하나의 방법은 강자성 반도체를 이용하는 것이다. 현재 이용되고 있는 강자성 반도체는 자성 이온을 반도체에 일부 치환한 묽은 강자성 반도체이다. 묽은 강자성 반도체는 낮은 치환율로 인하 여 낮은 자기모멘트를 갖게되며 반도체 내의 전자나 정공의 스핀 분극을 높이기 어렵기 때문 에 소자 이용 시 외부자기장을 가해야만 한다. 이를 해결하기 위해선 높은 자기모멘트를 가 지며 큐리온도가 상온 이상인 순수 강자성 반도체를 개발해야 한다. Ⅲ. 연구개발의 내용 및 범위 높은 자기모멘트와 상온 큐리온도를 갖는 신 강자성 반도체를 제조를 목표로 한다. 또한 스 핀주입효과를 극대화 할 수 있는 이종 물질 계면에 관한 연구와 제일원리계산으로 실험방향 의 설정과 실험결과를 분석하고 자성원소의 강자성 배열에 대한 메카니즘을 규명하고자 한 다. 박막을 이용한 각종 소자에 대한 연구도 병행하여 신기능에 대한 기반기술 확보와 이의 특허 출원,획득을 목표로 한다.
Abstract▼
The injection of spins into nonmagnetic semiconductors has recently attracted great interest due to the potential to create new classes of spin-dependent electronic devices. When ferromagnetic (FM) metals are used as spin injectors, the polarization in the semiconductor tends to be quickly lost via
The injection of spins into nonmagnetic semiconductors has recently attracted great interest due to the potential to create new classes of spin-dependent electronic devices. When ferromagnetic (FM) metals are used as spin injectors, the polarization in the semiconductor tends to be quickly lost via spin-flip scattering. A recent strategy to achieve further control over the spin degree of freedom is based on dilute ferromagnetic semiconductors, prepared by substituting magnetic ions into non-magnetic semiconductor hosts. Ferromagnetism has been reported in various semiconductor groups including II-V, III-V, IV, and II-IV-$V_2$. However, to date the low solubility of magnetic ions in non-magnetic semiconductor hosts has limited the opportunities. Therefore the search for other promising ferromagnetic semiconducting materials,with high magnetic moments and high Curie temperatures ($T_c$), is of the utmost importance. In this project we synthesize new ferromagnetic semiconducting materials and fabricate thin film spin devices.The summarized results are as following. A. We synthesized new semiconductors, MnGeAs, and MnGe$P_2$, exhibiting ferromagnetism with $T_c$ = 300 K and amagnetic moment per Mn at 5 K of 2.58 $\micro$B, comparable to the calculated 3.2 $\micro$B. The calculated electronic structure using the full-potential linearized augmented plane wave (FLAPW) method shows an indirect energy gap of 0.24 eV. B. Synthesis of group II-IV-$V_2$ metallic MnSnA$s_2$ - lattice constants a=5.794, c=11.365 Å C. spin-glass II-$III_2$-V$I_4$ MnG$a_2$T$e_4$, MnI$n_2$T$e_4$ single crystal growth D. V, Co-doped Ge single crystal growth, which can be used low temperature thermometer E. Mn-doped Bi2Te3 single crystal growth with spin glass magnetic property F. Mn-doped Bi2Se3 single crystal growth with paramagnetic magnetic property G. Zn1-$_xM$$n_x$SiA$s_2$ single crystal growth and moptical property investigation H. New magnetic phase observation in Si1-$_xM$$n_x$ (0.17$1-_2$ M$n_x$ thin fiilm growth J. Semiconducting zinc-blende MnBi thin film growth on CdTe(111)B substrate K. Electronic structure calculation in CrTe and Cr-doped CdTe- half metallic characterization L. Electronic structure and magnetic property calculations in transition metal doped ZnO M. Electronic structure and magnetic property calculations in MnGePAs N. Electronic structure and magnetic property calculations in zinc-blende III(Cr, Mn)-V(P, As, Sb) O. Electronic structure and magnetic property calculations inCrS$b_1$GaS$b_7$ and MnS$b_1$GaSb9 Superlattice P. Fabrication of spin p-n diode
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