JP2000509208A - スピン・トランジスタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 スピン・トランジスタは、磁気制御可能なバリア（５）が電荷キャリアのコレクタ（３）への拡散を制御するため半導体ベース（４）とコレクタ（３）との間に設けられているハイブリッド型磁気／半導体トランジスタである。スピン・トランジスタにより、電荷キャリアの個体群は、電子電荷の代わりにキャリアのスピン又は磁気モーメントの方向により弁別される。スピン・インジェクタ（１）を用いて電荷キャリア個体群をスピン分極し、そのため該個体群をコレクタへ磁気バリアを介して流すか又はそうしないようにする選択された磁気モーメントを該個体群が有する。スピン・トランジスタは、キャリアの流れが利得を最大にするため磁気モーメントにより制御されることと組み合わされる通常の半導体トランジスタの電子的特性を利用する。

Description

【発明の詳細な説明】 スピン・トランジスタ 本発明は、汎用の半導体トランジスタと同様な方法で、電荷（チャージ）キャ リアのスピン・モーメントすなわち磁気モーメントの方向により識別されるチャ ージ・キャリアの２つの集団（population）に依存しているトランジスタであっ て、キャリア・ファミリが異なる効果的な電気的荷電を有することによって識別 されるトランジスタであるスピン・トランジスタ関する。 初期のスピン・トランジスタすなわち磁気トランジスタとしても知られている トランジスタは、サイエンス，260，320，1993年４月１６日のバイポーラ・スピ ン・スイッチ（著者：M Johnson)に開示されている。このジャーナル・レポート に記載されたスピン・トランジスタは、金属製の極大（giant）磁気抵抗（ＧＭ Ｒ）の磁気３層構造から生成され、該３層構造の各層はそれぞれ接点を備えてい る。このトランジスタは、磁気層の１つからベース層へのスピン分極電流をポン ピングするようにバイアスがかけられており、該ベース層は、アップ・スピン・ チャネル及びダウン・スピン・チャネルの化学的ポテンシャルにおける発散を生 じ、またこれにより、該ベース層は、コレクタ（第２の磁気層）に磁気的に依存 する電流を誘導する。スピン・トランジスタのこのような設計は、トランジスタ がパワー利得を有しないという、実用上の重大な問題点を有している。また、必 要とする電圧は、ナノボルトのオーダである。 近年のスピン・トランジスタの改良については、DJ Monsma等によるPhys．Ref ．Lett.，74，26，5260（１９９５年）に記載されている。このジャーナル紙に 記載されたスピン・トランジスタは金属-半導体ハイブリット構造であり、半導 体接合の整流特性が利用されている。このトランジスタは２つのシリコン層を備 え、これらの間に金属ＧＭＲ多重層が挟まれている。トランジスタは、一方のシ リコン層から金属多重層スタックに電流を流すようにバイアスされており、金属 多重層スタックの磁気的配置により、他方のシリコン層へ最終的にどの程度の電 流を通過させるかが支配される。これにより、多重層スタックは、低磁界で高 抵抗となり高磁界で低抵抗となる、一般的な磁気多重層として動作する。このト ランジスタの電流利得は、約２のファクタ分、磁気的に調整可能であり、それ自 身上の多重層のＧＭＲは約３％だけである。しかしながら、このような設計のト ランジスタであっても、コレクタ／ベース電流利得βが大きいファクタ分だけ変 更されても、その実際の値は極めて小さく、実際のところ１（unity）よりも小 さい。これに対して、商業上のシリコン・トランジスタの利得βは、一般に２０ ０以上である。 本発明は、上記したスピン・トランジスタを更に改良して、該トランジスタの 利得βを１以上に増大させるものである。これを実現するため、本発明は、スピ ン拡散電流を発生させ、該電流を例えば切換可能な状態密度（switchable densi ty of states）等の磁気的に制御されるバリアにより調整することを意図してい る。 本発明は、ハイブリッド半導体のエミッタ、ベース及びコレクタからなるスピ ン・トランジスタを提供し、該エミッタは、エミッタにおけるチャージ・キャリ アをスピン分極するための分極手段と、コレクタにおけるチャージ・キャリアの 到着を制御するためにベースとコレクタとの間に設けられた磁気的制御可能なバ リアとを備えている。 したがって、スピン・トランジスタにおける電荷キャリア母集団は、電気的チ ャージの代わりに磁気モーメントによって区別される。 ベースを基本的に形成しかつエミッタとコレクタとの間に形成される電荷キャ リア拡散層を含んでいる半導体半導体ブリッジを備えていることが好ましい。ま た、Ｐ−Ｎ接合をエミッタとベースとの間に形成し、ベースの他の側に接するよ うに磁気的に制御されるバリアを形成することが好ましい。半導体ブリッジは、 １μ以下の厚さの薄膜と同様な形態を有している。磁気的に制御されるバリアは 、キャリアのスピン拡散長よりも薄く、外部的から提供される磁界に依存してキ ャリアに異なるバンド構造を提供する。 さらに、スピン分極手段は、２酸化コバルト又は２酸化クロムからなる層と、 マンガン及び鉄の合金からなりかつコバルト層に接触する層で構成される交換ピ ン（pinning）手段とを含むことが好ましい。 ｐ−ｎ及びｎ−ｐ接合は、エミッタとベースとの間及びバリアとコレクタ接続 との間に形成される。理想的には、磁気的制御可能なバリアがｐ−ｎ接合に接触 し、バリアとｐ−ｎ接合との間のこの接合がショットキー・バリアすなわちオー ミック・バリアとして機能する。金属層もまた、磁気的制御可能なバリアとｐ− ｎ接合との間に形成され、好適には銀で形成されてバリアの特性を改善する。 さらに、磁気的制御可能なバリアは、スピン分極手段の領域を超えて延在し、 ２酸化クロムを含む材料で構成される。理想的には、磁気的制御可能なバリアが ２酸化クロムからなる層で構成され、拡散層がスピン分極手段及び磁気的制御可 能なバリアの領域を超えて延在している。 好適な実施例においては、エミッタ及びスピン分極手段が半導体ウエアの第１ の側に形成され、ベース、コレクタ及び磁気的制御可能なバリアが該半導体ウエ ハの第２の側に形成されている。 更に別の面において、本発明はスピン・トランジスタを製造する方法を提供し 、該方法は、半導体ウエハを提供するステップと、前記ウエハをエッチングして 該ウエハの第１の面にピットを形成するステップと、前記ピットのベースと前記 ウエハの反対側の第２の面の間の半導体ブリッジにおいてｐ−ｎ接合を形成する ステップであって、ｐとｎにドープされた領域の少なくとも１つは前記ピットの 範囲を越えて延びる接合を形成する、ステップと、前記ピットのベースにおいて スピン分極化（ポーラライジング、polarising）材料の層を形成し、該スピン分 極化層への電気的接続を確立するステップと、前記半導体ブリッジのｐ−ｎ接合 上に、前記ウエハの第２の面において磁気的に制御可能なバリヤ（障壁）層を形 成するステップと、磁気的に制御可能なバリヤ層への電気的接続を確立するステ ップと、前記ピットの範囲を越えて延びるｐ又はｎにドープされた領域の部分へ の電気的接続を確立するステップとを備える。 本方法は更に、スピン分極化材質上に交換（exchange）ピン（pinning）ピン 止め）層を形成するステップと、別の半導体ウエハにｐ−ｎ接合を形成し、銀で 被膜するステップと、磁気的バリヤ層を銀で被膜するステップと、２つの銀の層 を低温溶接（コールド・ウエルド）してトランジスタ構造を形成するステップと 、銀の層の反対側において第２のウエハにおけるｐ−ｎ接合構造への接点を作る ス テップとを備える。 本発明の１つの実施形態を図１を参照して例を用いて説明する。図１は本発明 に従うスピン・トランジスタの概略図である。 最も基礎的な形態において、図１に示すトランジスタは３端子デバイスであり 、エミッタ接続２をもつスピン・インジェクタ１と、ベース接続４をもつ拡散層 ３と、磁気バリヤ５と、コレクタ６とからなる。これらのうちの１つ又はそれ以 上が薄膜から形成されてもよく、この薄膜に関しては、約０．３ｎｍから１００ ０ｎｍ又は、より好適には、１ｎｍから１００ｎｍの厚さを有する層を指すこと を意図する。 スピン・インジェクタ１は２つの層、即ち、ドープされた半導体材料８の薄膜 との電気的接触における交換スプリット（split）伝導帯をもつ磁気材料７から なる。これらの層の何れか又は両方が薄膜の形であってもよい。スピン・インジ ェクタの磁気材料７は交換ピン層１５によって交換ピン（pinned、ピン止め）さ れ、それによって、その磁気の向きは、外部から与えられる磁気フィールドから 独立している。また、理想的には、接点は、半導体層８においてバンドベンディ ング（band-bending）を最小にするように工作される。磁気材料７は３ｄの磁気 的金属、例えば、鉄、ニッケル又はコバルトである。互換的には、パラジウムと 鉄の合金を用いてもよく、その場合には、交換フィールドは、鉄の濃度を変化さ せることによって調節される。非金属の高スピン分極化材料、例えば、灰チタン 石マンガン（manganese perovskite）ベースの材料や二酸化クロムやホイスラー 合金を用いることもできる。 拡散層３は、適度にドープされたｎ又はｐ型半導体（図１ではｐ型ドーピング が示されている）からなり得る。拡散層３はｐ−ｎ接合９の一部を形成し、これ はスピン・インジェクタ１から拡散層３へのブリッジとして働く。ｐ−ｎ接合９ は順バイアスされ、スピン分極化された少数キャリアの拡散電流を、スピン・イ ンジェクタ１から拡散層３へ注入する。拡散層３は、ベース接続の方向にスピン ・インジェクタ１の範囲を越えて延びる。拡散層３をこのように延ばすことによ って、スピン・トランジスタのゲインβは向上する。実際には、スペースを考慮 することにより、拡散層３をスピン・インジェクタ１よりもどれだけ大きくでき る かが、制限される。 拡散層３と磁気バリヤ５の間の接合は、拡散層３においてバンドベンディング を除くためにオーミック（ohmic）でありる。このバンドベンディングは、コレ クタ電流の磁気スイッチングを妨害する恐れがある。オーミック接触を確実にす るために、互換性の仕事関数の材料を用いるべきである。例えば、拡散層３がシ リコンの場合は、コバルトが磁気バリヤ層５に適当な材質である。なぜなら、コ バルトとシリコンは十分に類似した仕事関数を有し、それらはシリコン拡散層の ドーピングをトリミングすることによって一致し得るからである。磁気バリヤ層 ５の厚さはスピン拡散の長さ（即ち、幾つかの原子層）よりも薄い。 磁気バリア層５を拡散層３と接触して配置することは、該拡散層３に入射する スピン分極化された拡散電流が室温デバイスに対して丁度０．０２５ｅＶの熱エ ネルギ幅を有することを意味する。磁気バリア層における交換分裂（exchange s plitting）は、これより大きく（０．１ｅＶのオーダ又はそれより大きく）、そ して磁気層７が磁気バリア層５に対して平行に配列されているか又は逆平行に配 列されているに応じて拡散電流に対する実質的に異なるバンド構造を与える。次 に、これは、ＧＭＲサンプルにおけるスピン依存の界面散乱の場合のように正確 に異なるスピン伝送係数を生じさせる。代替として、それぞれのチャネルに対す る状態密度において強いスピン非対称性を有する磁気バリアが、例えば、ドープ されたマンガン・ペロブスカイトバリア又は二酸化クロム又はＰｔＭｎＳｂのよ うな半金属ホイスラー合金の幾つかを用いることにより設けられ得て、そこにお いて１つのスピン・チャネルに対する状態密度が全体的に抑圧されている。１つ のスピン分極化の理想的な全体屈折が与えられるであろう。代替として、磁気制 御可能なショットキーバリアが設けられる。 コレクタ６は、反対にドープされた半導体の２つの層１０、１１から成り、こ れら２つの層のいずれか又は双方は薄膜の形であり得る。第１の半導体コレクタ 層１０は、拡散層３を磁気バリア層５にバンド整合させるため拡散層３と同じド ーピングを有する。第２の半導体コレクタ層１１は、コレクタ接続部１２とオー ミック接触している。２つの半導体コレクタ層１０、１１は、それらの接合部で 、磁気バリア５を貫通したそれらのスピン分極化されたキャリアを捕捉する逆バ イ アスされたｐ−ｎ接合部１３を形成する。薄い非磁性金属層１４は多くは銀であ るが、この薄い非磁性金属層１４は、磁性層５と半導体層１０との間に挿入され 、低温（冷却）溶接によるアッセンブリを容易にし得る。 デバイス全体のバンド構造が同じ磁性材料がスピン・インジェクタ１と磁気バ リア層５の双方に多分用いられないようにすることに注目すべきである。これは 、磁性材料と半導体材料との間の中間面でのバンド曲がりの問題を扱う必要性の 結果であり、そして後者はスピン・インジェクタ１と拡散層３との間のｐ−ｎ接 合部の存在に起因する異なるドーピング・レベルを有するからである。磁性材料 と半導体材料の種々の組合わせが、スピン・トランジスタの特定の性能要件、例 えば、トランジスタが電子又は正孔の少数（minority）電流により動作すること に応じて用いられ得る。 図１に示されるスピン・トランジスタは、以下の要領で構成することができる 。真性シリコンのウェーハは、通常の技術を用いてエッチされ、１つ又は複数の ピットをその後部表面に形成する。各ピットは、単一のスピン・トランジスタの フォーメーション（formation）のための構造を与える。ピットは、ピットのベ ースとウェーハの上側表面との間のウェーハ厚さが好ましくは１μｍより小さく なるように十分深くエッチされる。ピットとウェーハの上側表面との間のウェー ハ領域は、スピン・トランジスタのための拡散層を含む膜又はブリッジ１６を形 成する。 ウェーハの頂部表面は、該膜の範囲より大きく且つそれを取り巻く領域を画成 するようマスクされ、次いで、該領域は、通常のイオン注入又は拡散技術を用い てｎタイプ材料でドープされる。こうして、ドーピングは、膜の範囲全体に、そ して図１に見られるように少なくとも膜の一方の側に延在する。ウェーハの上側 表面のｐにドープされた領域は、スピン・トランジスタの拡散層３を形成する。 次いで、ピットの基底は、ウェーハの後部表面の適切なマスキングを介し、また 通常の技術を用いて、ｎタイプ材料でドープされる。ウェーハの各側からのドー ピングは、膜領域の全体深さがｐタイプ又はｎタイプの材料のいずれかによりド ープされることによりｐ−ｎ接合部９を形成するように制御される。膜の厚さの ほぼ５０％がｐタイプ材料でドープされ、膜の厚さの５０％がｎタイプ材料でド ープされるのが好ましい。 次いで、ウェーハの頂部表面は、表面を汚染している残留二酸化シリコンを除 去するため清浄にされる。二酸化クロムの層がウェーハの上側表面に形成され、 そのためそれはウェーハのドープされた上側表面の実質的部分に、しかし全部で ないように重なる。二酸化クロム層はウェーハの膜領域に全体的に重なることが 好ましい。二酸化クロム層は、実質的に二酸化物に還元される三酸化クロム又は Ｃｒ（ＣＯ）₆の層を付与することにより形成してもよい。この層は、磁気バリ ア層５として機能する。 二酸化クロム層５が形成された後で、ポリシリコンが、層５の上側表面の上に スパッタリングされる。ポリシリコン層は、ｐ形材料を用いてドーピングされ、 次に、ポリシリコンの別の層が、ｎ形材料を用いてドーピングされた表面の上に 与えられ、コレクタ６を形成する。ｐドーピングされた層が層５のすぐ上に提供 されることは、すべての場合に本質的であるわけではなく、その場合には、ポリ シリコン層は、二酸化クロム層の表面上にスパッタリングされ、その後で、ｎ形 材料を用いてドーピングされる。 二酸化シリコンの層が、次に、任意の適切な従来技術による方法を用いて、ウ エハの表面全体の上に形成される。二酸化シリコン層は、マスクされエッチング されて、好ましくは、膜から最も離れた位置にある、コレクタ６の上側表面の一 部分と、ウエハの上側表面のｐドーピングされた領域の一部分とを別々に露出さ せる。金（ゴールド）の層が、次に、この構造の表面全体の上に与えられ、その 後で、この金の一部が、従来技術による方法を用いてリフトオフされ、コレクタ １２及びベース４の接続とボンディング・パッドとを定義する。 銀（シルバ）の層１４が、二酸化クロム層５とポリシリコンとの間に提供され 、それによって、これら２つの層の間に形成されている接合の電気的特性を向上 させる。 コレクタ構造とエミッタ／ベース構造とが２つの異なるシリコン・ウエハ上に 形成され結合されている位置では、銀の層１４は、２つの表面のそれぞれに１つ ずつが載るように半分にされ相互に接触しており、銀の被膜（コーティング）は 、これら２つの別個の銀被膜の相互への低温溶接（cold welding）を可能にし銀 の 層１４を形成することによって、組み立てを容易にするという更なる目的を有す る。銀の一方の被膜は、コレクタ６のドーピングのなされていない又はｐドーピ ングされた表面に与えられ、第２の同様の被膜は、二酸化クロム層５の上側表面 に与えられ、銀のこれらの２つの層は、相互に冷溶接される。次に、ベース及び コレクタ接続を形成する後続ステップが、上述の場合と同様に実行される。 ベース及びコレクタ接続がいったん形成されると、スピン・トランジスタの残 りの構造が、ウエハの反対側に形成される。ピットを含むウエハの反対側表面は 、洗浄され汚染物を除去され、次に、スパッタリング、蒸着、レーザ研磨などの 従来の方法を用いて、ピットのベースにコバルト層が形成される。コバルト層は 、スピン・トランジスタの磁気層７を形成する。マンガンと鉄との合金層が、次 に、蒸着やスパッタリングなどの適切な従来の技術を用いて、ピット内のコバル ト層７の露出した表面の上に形成される。マンガン／鉄層１５は、スピン・トラ ンジスタの交換ピナー（exchange pinner）として機能する。 ウエハの反対側表面とピットとは、再び洗浄され、次に、二酸化シリコン層が 、表面全体に与えられる。二酸化シリコンは、エッチングされ、マンガン／鉄層 １５の表面が露出され、金の層が、層１５の露出された表面と二酸化シリコンの 露出された表面とに与えられる。後に、金の層の一部が、除去されて、エミッタ 接続２とボンディング・パッドとが形成される。 実際には、複数のスピン・トランジスタが、１つのウエハのそれぞれのピット において同時に製造されることは明らかであろう。また、スピン・トランジスタ の様々な要素を製造するのに、ここで説明した以外の方法も、適切なものとして 用いることができることは、理解すべきである。 使用の際には、このトランジスタは、スピン分極された電流がスピン・インジ ェクタ１から散乱層３に流れるように、バイアスされる。これは、エミッタから の散乱電流キャリアの大きな部分がベース接続４ではなく逆バイアスされたベー ス・コレクタ接合を横断することを保証するベース層の幾何学的配置によってゲ インβが制御されている従来の半導体バイポーラ・デバイスのエミッタ・ベース 電流に類似する。図１に示されたスピン・トランジスタでは、スピン・インジェ クタ１における磁気層７に対するバリア層５の磁気的構成（すなわち、並列であ るか、逆並列であるか）に依存して、散乱層３における散乱電流には、異なる帯 域構造が与えられる。一方の磁気構造では、これによって、少数キャリアがベー ス・コレクタ接合を交差することが阻止され、その代わりに、キャリアは、ベー ス接続４に送られる。他方の磁気構成では、少数キャリアは、ベース・コレクタ 接合を交差して、コレクタ６の中に突入し、それによって、従来のトランジスタ の完全なβを回復する。このようにして、図１に示されたスピン・トランジスタ は、１（unity）よりも大きなゲインβを有し、その値は、磁気バリアを再度方 向付けする磁場をかけることにより外部的に制御することができる。 ゲインβは、インジェクタ１の領域を超えてベース接続の方向にバリア層５を 拡張することによって、強化される。 スピン・トランジスタを適用するために、電気的接続が、磁気キャリア層５に 提供され、それにより、バリアのゲインまたは「高さ」の調整が可能になる。 上述したスピン・トランジスタでは、拡散電流が、拡散層の中に注入される前 に、分極状態で準備される。拡散電流がコレクタまで到達するかどうかを決める ものは、既知のデバイスに関する厚い磁気マルチ層を通る通路ではなく、拡散層 とコレクタとの間の薄い磁気的に制御されたバリアの存在または不存在によって 決定される。重要であるのだが、ここで説明したスピン・トランジスタでは、ベ ース層に存在する電圧降下は、キャリアの熱拡散（１／４０ｅＶ）と比較すると 小さい。これによって、キャリアは常に拡散し、また、バリア層として、僅かに 数個の原子の厚さであり、通常のシリコン・バイポーラ・トランジスタの値に近 づき従って単位ゲイン１よりもはるかに大きな電流ゲインが回復されることが、 保証される。更に、半金属（semi-metal）がバリア層において用いられる場合に は、２つのスピン・チャネルの間の差が強化されるが、理由は、それが、半金属 内のトンネル電流に対する半金属におけるバリスティックな熱電子（ballistich ot electron）電流の比率であるからである。 以上で説明したスピン・トランジスタは、メモリ記憶装置などの従来の半導体 チップ応用例における代替物として用いることができるが、その場合に、スピン ・トランジスタは、メモリの状態を維持するのに電力を必要としないという長所 を有する。更に、スピン・トランジスタは、磁場センサや、位置または速度セン サ などのセンサとして、そして、ハード・ディスクの読み取りヘッドとして用いる のに適切である。また、ブラシレス直流モータの制御には、スピン・トランジス タが、有益に用いられる。 スピン・トランジスタの更なる有用な応用例としては、フィールド・プログラ マブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）の分野があり、その場合には、再プログラ ム可能であること、不揮発性であること、連続的なメモリ・リフレッシュが不要 であること、外部メモリが不要であること、既存のＦＰＧＡを用いるときよりも ゲート当たりでチップ上のより小さなスペースが必要であること、電力消費が低 いこと、シーケンシャルなプログラミングではなく直接的な磁気光学的プログラ ミングであるのでより高速なプログラミング速度が得られること、などの効果を 奏する。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９８年５月２７日（１９９８．５．２７） 【補正内容】 請求の範囲 １．電荷キャリア集団は磁気モーメントにより識別され、エミッタにおいて電 荷キャリアをスピン分極するのためのスピン分極手段を有するエミッタ、ベース およびコレクタを含み、前記ベースおよびコレクタと半導体層の間に設けられた 磁気的に制御可能なバリヤを含み該磁気的に制御可能なバリヤを経てエミッタか らコレクタまでブリッジを供給する半導体構造を特徴とする、スピン・トランジ スタ。 ２．ベースの電流はスピン分極拡散電流である請求項１に記載のスピン・トラ ンジスタ。 ３．前記半導体ブリッジは電荷キャリア拡散層を含む、請求項１または２のい ずれかに記載のスピン・トランジスタ。 ４．前記半導体ブリッジは１μｍ以下の厚さを有する薄膜の形態にある、請求 項３に記載のスピン・トランジスタ。 ５．前記半導体ブリッジは前記エミッタと前記ベースおよびコレクタとの間の ｐ−ｎ接合を形成するためにドープされる、請求項４に記載のスピン・トランジ スタ。 ６．前記スピン分極手段は実質的にコバルトからなる層を含む、請求項１から ５のいずれかに記載のスピン・トランジスタ。 ７．前記スピン分極手段は交換ピン手段を含む、請求項６に記載のスピン・ト ランジスタ。 ８．前記ピン手段は前記コバルト層と接触したマグネシュウムと鉄の合金の層 を含む、請求項６に記載のスピン・トランジスタ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ， ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ， ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，Ｎ Ｏ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ， ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ハイブリッド半導体エミッタ、ベースおよびコレクタを含み、該エミッタ は、エミッタにおける電荷キャリアをスピン分極するためのスピン分極手段およ びベースとコレクタ間に与えられた磁気的に制御可能なバリヤを含みコレクタに おける電荷キャリアの到着を制御する、スピン・トランジスタ。 ２．荷電キャリア集団は磁気モーメントにより識別される、請求項２に記載の スピン・トランジスタ。 ３．ベースの電流はスピン分極拡散電流である請求項１または２に記載のスピ ン・トランジスタ。 ４．電荷キャリア拡散層を含む半導体ブリッジが与えられ、該電荷キャリア拡 散層はエミッタとコレクタとの間に形成されている、請求項１から３のいずれか に記載のスピン・トランジスタ。 ５．前記半導体ブリッジは１μｍ以下の厚さを有する薄膜の形態にある、請求 項４に記載のスピン・トランジスタ。 ６．前記半導体ブリッジは前記エミッタと前記ベースおよびコレクタとの間の ｐ−ｎ接合を形成するためにドープされる、請求項５に記載のスピン・トランジ スタ。 ７．前記スピン分極手段は実質的にコバルトからなる層を含む、請求項１から ６のいずれかに記載のスピン・トランジスタ。 ８．前記スピン分極手段は交換ピン手段を含む、請求項７に記載のスピン・ト ランジスタ。 ９．前記交換ピン手段はコバルト層と接触したマンガンおよび鉄の合金の層を 含む、請求項８に記載のスピン・トランジスタ。 １０．前記磁気的に制御可能なバリヤはｐ−ｎ接合を介してコレクタと電気的 に接触する、請求項１から９のいずれかに記載のスピン・トランジスタ。 １１．前記磁気的に制御可能なバリヤとｐ−ｎ接合の間の接合はショットキー ・バリヤのように機能する、請求項１０に記載のスピン・トランジスタ。 １２．前記磁気的に制御可能なバリヤとｐ−ｎ接合の間の接合はオーミック・ バリヤのように機能する、請求項１０に記載のスピン・トランジスタ。 １３．金属層は磁気的に制御可能なバリヤとｐ−ｎ接合の間に与えられる、請 求項１１または１２のいずれかに記載のスピン・トランジスタ。 １４．前記金属層は銀である、請求項１３に記載のスピン・トランジスタ。 １５．前記磁気的に制御可能なバリヤはスピン分極手段のエリアを越えて拡張 する、請求項１から１４のいずれかに記載のスピン・トランジスタ。 １６．前記磁気的に制御可能なバリヤは二酸化クロムを含む材料からなる、請 求項１から１５のいずれかに記載のスピン・トランジスタ。 １７．前記磁気的に制御可能なバリヤは二酸化クロムの層からなる、請求項１ ６に記載のスピン・トランジスタ。 １８．前記拡散層はスピン分極手段と前記磁気的に制御可能なバリヤのエリア を越えて拡張する、請求項４に記載のスピン・トランジスタ。 １９．前記エミッタとスピン分極手段は半導体ウエハーの第１の側に設けられ 、前記ベース、コレクタおよび磁気的に制御可能なバリヤは前記半導体ウエハー の第２の側に設けられる、請求項１から１８のいずれかに記載のスピン・トラン ジスタ。 ２０．半導体ウエハーを供給する段階と、 ウエハーをエッチングしてウエハーの第１の表面にピットを形成する段階と、 ピットのベースと前記ウエハーの対向する第２の表面の間に半導体ブリッジにｐ −ｎ接合を形成して該ピンのエリアを越えて拡張する接合を形成するｐそしてｎ をドープした領域の少なくとも１つを備える段階と、 ピットのベースにスピン分極材料の層を形成し、そしてスピン分極層と電気的 に接続を確立する段階と、 前記半導体ブリッジ中のｐ−ｎ接合にわたってウエハーの第２の表面上に磁気 的に制御可能なバリヤ層を形成する段階と、 前記ピットのエリアを越えて拡張するｐまたはｎをドープした領域の部分に電 気的接続を確立する段階と、 を含むスピン・トランジスタを製造する方法。 ２１．スピン分極材料上に交換ピン層を形成する段階を含む、請求項２０に記 載のスピン・トランジスタを製造する方法。 ２２．別個の半導体ウエハー上にｐ−ｎ接合を形成する段階と、該接合を銀で 被膜する段階と、前記磁気バリヤ層を銀で被膜する段階と、該２つの銀層を共に 低温溶接してトランジスタ構造を形成する段階と、前記銀被膜と反対側の第２の ウエハー上にｐ−ｎ接合と電気的接続を確立する段階と、 を含む請求項２０または２１に記載のスピン・トランジスタを製造する方法。