マンガンをイオン注入したSOI層の磁気特性

摘要

Thermally annealed Mn-implanted thin SOI layers are prepared and investigated by High Angular Dark Field Scanning Transmission Electron Microscope (HAADF-STEM), Atomic Force Microscope (AFM), Energy Dispersive X-ray Spectrometer (EDX), and the magnetic properties are measured by Superconducting quantum interference device (SQUID) magnetometer. Mn-silicide particles are observed in SOI layer, and the particles grew with increasing annealing temperature. Paramagnetism and weak superparamagnetism, whose magnetization is dependent on the temperature, are observed. Moreover, we successfully perform, by using KOH solution, a selective etching of Si, keeping Mn-silicide particles on the top layer, and observe enhancement of the magnetization. This strongly suggests that the particle surface plays an important role in this system.%極薄のSOI層にMnをイオン注入し熱処理を施した試料を作製し、その構造と組成をHigh Angular Dark Field ScanningTransmission Electron Microscope (HAADF-STEM）、Atomic Force Microscope (AFM)、Energy Dispersive X-ray Spectrometer（EDX）により、また磁気特性を　Superconduction quantum interference device（SQUID）magnetometorにより評価した。これまで行ってきたバルクシリコンへの注入の場合と同様に、熱処理後にMnシリサイド微粒子が形成され、その粒径が熱処理温度とともに増大することを確認した。また、系の磁性は、常磁性が支配的であるが、超常磁性的な振る舞いを示す成分も観測され、その強度は強い熱処理温度依存性を示した。さらに、水酸化カリウム溶液を用いることにより、SOI層表面をエッチングしてMnシリサイド微粒子を残留させることができることを見出し、シリコンの部分エッチング後も磁化が強く残留することを示した。このことは、超常磁性がMnシリサイド、特にMnシリサイド表面に起因していることを強く示唆している。