半導体pn接合デバイスで室温スピン伝導を初観測：スピンTFET実現に向けた第一歩

大阪大学と熊本大学、東京都市大学らの共同研究グループは、半導体pn接合を有するデバイス構造において、室温（27℃）環境でスピン伝導を観測することに初めて成功した。新型の半導体スピントロニクスデバイス「スピンTFET」を実現するための第一歩となる。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

TFET技術を半導体スピントロニクスデバイスに応用

　大阪大学と熊本大学、東京都市大学らの共同研究グループは2025年5月、半導体pn接合を有するデバイス構造において、室温（27℃）環境でスピン伝導を観測することに初めて成功したと発表した。新型の半導体スピントロニクスデバイス「スピンTFET」を実現するための第一歩となる。

　次世代の省電力デバイスとして、消費電力が極めて小さい演算機能と不揮発性メモリ機能を兼ね備えた半導体スピントロニクスデバイスが注目されている。研究グループはこれまで、半導体ゲルマニウム（Ge）と高性能なスピントロニクス磁性材料（強磁性ホイスラー合金）を直接接合した構造を開発し、「室温スピン伝導」を実証してきた。ただ、pn接合を有するデバイス構造での「室温スピン伝導」は、これまで観測されていなかったという。

　そこで今回は、量子力学的バンド間トンネル（BTBT）伝導を利用して電流変調を行うトンネルFET（TFET）技術を、半導体スピントロニクスデバイスに応用した。新たな構造を提案したことにより、Ge pn接合におけるBTBT伝導を介した「室温スピン伝導」の観測に初めて成功した。

半導体pn接合デバイスにおけるスピン伝導の観測温度［クリックで拡大］ 出所：大阪大学他

Ge pn接合を介したスピン注入技術の模式図［クリックで拡大］ 出所：大阪大学他

　今回の研究成果は、大阪大学大学院基礎工学研究科の大木健司氏（博士後期課程）、上田信之介氏（博士前期課程）、浜屋宏平教授、同大学先導的学際研究機構スピン学際研究部門の宇佐見喬政講師、熊本大学半導体・デジタル研究教育機構の山本圭介教授、東京都市大学総合研究所の澤野憲太郎教授らによるものである。