【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.03.13】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24WS0121
利用課題名 / Title
V族ヘテロ積層膜の純スピン流測定
利用した実施機関 / Support Institute
早稲田大学 / Waseda Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）計測・分析/Advanced Characterization
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）次世代ナノスケールマテリアル/Next-generation nanoscale materials（副 / Sub）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions
キーワード / Keywords
PVD,スパッタリング/ Sputtering,リソグラフィ/ Lithography,光リソグラフィ/ Photolithgraphy,膜加工・エッチング/ Film processing/etching,光学顕微鏡/ Optical microscope,原子層薄膜/ Atomic layer thin film,トポロジカル量子物質/ Topological quantum matter,原子薄膜/ Atomic thin film,スピン制御/ Spin control,スピントロニクス/ Spintronics
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
高山 あかり
所属名 / Affiliation
早稲田大学 先進理工学部 物理学科
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
伊東 隼志
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
加藤 篤,野﨑 義人,星野 勝美
利用形態 / Support Type
（主 / Main）技術代行/Technology Substitution（副 / Sub）,機器利用/Equipment Utilization
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
WS-001：イオンビームスパッタ装置
WS-006：プラズマアッシャー
WS-016：レーザー直接描画装置
WS-014：紫外線露光装置
WS-021：触針式段差計
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
スピン偏極電⼦状態をもつV族半⾦属Bi薄膜表面に由来したスピン流を測定するため、Si基板上に作製したSi/Fe/Bi多層膜試料について、ドライエッチングによるホールバー形状への加工および電極作製を行なった。
実験 / Experimental
作製した多層膜試料のホールバー加工はレーザー直接描画装置（WS-016）を用いてフォトリソグラフィーを行った後、イオンミリング装置（日立製 IMR-3-8）によりドライエッチングし、プラズマアッシャー（WS-006）とレジスト剥離液＋超音波によりレジスト除去を行った。Au/Cr電極の作製にはレーザー直接描画装置（WS-016）及び紫外線露光装置（WS-014）により逆テーパー形状のリフトオフ用レジストを形成した。イオンビームスパッタ装置（WS-001）によりAu/Cr膜を成膜し、レジスト剥離液＋超音波によりレジスト上の電極膜を除去した。成膜した電極膜厚は触針式段差計（WS-021）により測定、確認した。作製した素子を光学顕微鏡で観察した。
結果と考察 / Results and Discussion
作製した素子およびその加工手順を図1に示す。今回、持ち込み試料のサイズが15 mm×4 mmであったが、一般的な試料サイズより小さくかつ長方形のため、素子加工を行う上でさまざまな制約があった。とりわけホールバー加工と電極の位置合わせの困難さ、またスピンコート処理時のレジスト不均一性が問題として挙がったが、さまざまな試行錯誤を含む技術支援をいただいた結果、8 mm×4 mmの範囲に32個配置したホールバー素子中6個の素子作成に成功した。
作製した素子を用いてホール測定(2ω)測定を行なった。測定には福井大学（後藤研究室）において全方位磁界プローバーを用い、ホール電圧Vxの面内磁場角度/磁場強度依存性および面内磁場角度/印加電圧依存性を測定した。実験の結果、非線形ホール効果と考えられるような電圧の振る舞いを観測したほか、特定の角度において特異な電圧の変化を観測した。今後、さらなる測定を行い、この現象の詳細について考察を行う予定である。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図1. 作製した素子の詳細と加工概要
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
本研究は豊田理化学研究所・豊田理研スカラーphase1の支援によるものです。
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件