초록 ▼

본 연구는 연구 대상이 강자성반도체/자성체 터넬링 구조로서 두 가지 측면에서 아주 특징적인 내용이 있다. 첫째, 강자성반도체는 반도체의 가장 두드러진 특성인 전압에 의한 전자의 농도를 조절함으로서 자화 방향을 전환 할 수 있다는 점에서 자성체 기본 스핀 소자와는 구분된다. 둘째, 이 하이브라이드 나노구조는 강자성반도체의 4-개의 자화방향에서 발생하는 독립적 스핀 조합에 따른 3-개의 분리된 터넬링 저항 상태가 가능하여 다중상태 응용 스핀 소자 기능을 부여할 수 있다는 것 이다. 이는 현재 진행되는 많은 반도체 및 자성체 전자소자에

본 연구는 연구 대상이 강자성반도체/자성체 터넬링 구조로서 두 가지 측면에서 아주 특징적인 내용이 있다. 첫째, 강자성반도체는 반도체의 가장 두드러진 특성인 전압에 의한 전자의 농도를 조절함으로서 자화 방향을 전환 할 수 있다는 점에서 자성체 기본 스핀 소자와는 구분된다. 둘째, 이 하이브라이드 나노구조는 강자성반도체의 4-개의 자화방향에서 발생하는 독립적 스핀 조합에 따른 3-개의 분리된 터넬링 저항 상태가 가능하여 다중상태 응용 스핀 소자 기능을 부여할 수 있다는 것 이다. 이는 현재 진행되는 많은 반도체 및 자성체 전자소자에 관한 연구가 전기적 특성에 의존한 이진법 원리가 기본임을 생각하면 아주 새로운 개념의 반도체/자성체 스핀 소자 실현을 위한 연구 방법이다. 즉, 강자성반도체와 자성체의 접합 터넬링 구조를 이용 강자성반도체의 다축자화 특성과 자성체를 통한 터넬링 효과의 장점을 결합하여 보다 우수한 다중상태 기능을 구현 하고자 하는 것이 본 연구의 핵심 아이디어였다.
먼저, Be-doped 와 undoped 시료를 이용하여 캐리어 농도가 GaMnAs 강자성 반도체의 자기 이방성에 어떤 영향을 주는지 연구하였다. 그 결과로 GaMnAs 강자성 반도체가 가지는 자기 이방성이 캐리어 농도와 관련되어 있으며, 특히 캐리어 농도에 따라 단축 이방성 용이축의 방향이 결정된다는 것을 알 수 있었다. 이 실험을 통해 캐리어 농도를 조절함으로써 GaMnAs 강자성 반도체의 자기 이방성을 제어하는 자기 이방성 엔지니어링의 가능성을 확인하였다. 또한 GaMnAs 강자성 반도체 뿐만아니라 자성체인 Fe의 자기 이방성에 대하여 연구하였다. Fe 시료를 이용하여 메모리 소자를 만들어 소자위의 도체 전극으로 흐르는 전류에 의한 자기장을 가하여 4개의 다른 안정적인 저항상태를 만들었다.
GaMnAs와 Fe등의 단일 자성층 연구에서 확립된 제작 기술을 이용 마지막 목적이었던 강자성반도체/자성체 하이브라이드 터넬링 구조 제작하고 터넬링 자기저항 측정을 위해 lithography 기술을 적용 pillar 구조의 소자를 제작하였고, 다음과 같은 터넬링 자기저항의 정보를 얻었다. 이는 강자성반도체와 자성반도체의 자화방향에 따라 저항이 달라지는 현상을 보였다. 자화방향이 다를 때는 저항이 크게 나타났고, 자화방향이 같을 때는 저항이 작게 나타나는 터넬링 현상을 측정하였다.

목차 Contents

• 일반연구자지원사업 최종(결과)보고서 ... 1
• 목차 ... 3
• I. 연구결과 요약문 ... 4
• II. 연구내용 및 결과 ... 5
• 1. 연구과제의 개요 ... 5
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 5
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 6
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 6
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 7
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 7
• III. 연구성과 ... 8