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JP3944584B2 - Method for producing cobalt-doped titanium dioxide film, cobalt-doped titanium dioxide film, and multilayer structure - Google Patents

Method for producing cobalt-doped titanium dioxide film, cobalt-doped titanium dioxide film, and multilayer structure Download PDF

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JP3944584B2 JP2004015502A JP2004015502A JP3944584B2 JP 3944584 B2 JP3944584 B2 JP 3944584B2 JP 2004015502 A JP2004015502 A JP 2004015502A JP 2004015502 A JP2004015502 A JP 2004015502A JP 3944584 B2 JP3944584 B2 JP 3944584B2
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Description

本発明は、コバルトドープ二酸化チタン膜の作製方法、コバルトドープ二酸化チタン膜、及び多層膜構造に関する。   The present invention relates to a method for producing a cobalt-doped titanium dioxide film, a cobalt-doped titanium dioxide film, and a multilayer film structure.

コバルトを添加した二酸化チタンは室温で強磁性を示す半導体材料として注目されている。例えば、特開２００２−１４５６２２号公報においては、単結晶基板上に、レーザアブレーション法などを用いることによって、コバルトドープ二酸化チタン膜をエピタキシャル成長させることが記載されている。   Titanium dioxide to which cobalt is added is attracting attention as a semiconductor material exhibiting ferromagnetism at room temperature. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-145622 describes that a cobalt-doped titanium dioxide film is epitaxially grown on a single crystal substrate by using a laser ablation method or the like.

しかしながら、このような技術によってコバルトドープ二酸化チタン膜を形成しても、その表面を原子レベルで平坦にすることはできず、結晶性についても十分なものが得られていないのが現状である。また、そのキャリア濃度を制御することができず、その結果、その強磁性的性質の発現及び制御を自在に行うことができず、前記コバルトドープ二酸化チタン膜を実用的なエレクトロニクスデバイスへ適用することは未だ実現することができないでいた。   However, even if a cobalt-doped titanium dioxide film is formed by such a technique, the surface cannot be flattened at the atomic level, and sufficient crystallinity is not obtained at present. Moreover, the carrier concentration cannot be controlled, and as a result, the ferromagnetic properties cannot be freely expressed and controlled, and the cobalt-doped titanium dioxide film is applied to a practical electronic device. Could not be realized yet.

本発明は、表面が原子レベルで平坦であって結晶性に優れ、強磁性的性質を自在に制御することができるコバルトドープ二酸化チタン膜を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a cobalt-doped titanium dioxide film having a flat surface at an atomic level, excellent crystallinity, and capable of freely controlling ferromagnetic properties.

上記目的を達成すべく、本発明は、
所定の基板を準備する工程と、
前記基板上に、二酸化チタン膜を形成する工程と、
前記二酸化チタン膜上にコバルトをドープした二酸化チタン膜を形成する工程と、
を具えることを特徴とする、コバルトドープ二酸化チタン膜の作製方法に関する。 In order to achieve the above object, the present invention provides:
Preparing a predetermined substrate; and
Forming a titanium dioxide film on the substrate;
Forming a cobalt-doped titanium dioxide film on the titanium dioxide film;
The present invention relates to a method for producing a cobalt-doped titanium dioxide film.

本発明によれば、所定の基板上に目的とするコバルトドープ二酸化チタン膜を直接形成する代わりに、二酸化チタン膜を介して形成するようにしている。この二酸化チタン膜は、前記コバルトドープ二酸化チタン膜に対してバッファ層及び下地層として機能し、その結晶性を向上させることができるとともに、その表面平坦性を原子レベルまで向上させることができるようになる。   According to the present invention, instead of directly forming a target cobalt-doped titanium dioxide film on a predetermined substrate, it is formed via a titanium dioxide film. The titanium dioxide film functions as a buffer layer and an underlayer with respect to the cobalt-doped titanium dioxide film so that the crystallinity can be improved and the surface flatness can be improved to the atomic level. Become.

また、前記二酸化チタン膜に起因した前記コバルトドープ二酸化チタン膜の結晶性向上などに伴い、前記コバルトドープ二酸化チタン膜形成時における雰囲気中の酸素濃度を適宜制御することによって、前記コバルトドープ二酸化チタン膜中のキャリア濃度を制御することができるようになる。その結果、このキャリア濃度を所定の濃度以上に設定することによって、前記コバルトドープ二酸化チタン膜は強磁性的性質を呈するようになる。   In addition, the cobalt-doped titanium dioxide film is appropriately controlled by appropriately controlling the oxygen concentration in the atmosphere during the formation of the cobalt-doped titanium dioxide film as the crystallinity of the cobalt-doped titanium dioxide film is improved due to the titanium dioxide film. The carrier concentration inside can be controlled. As a result, by setting the carrier concentration to a predetermined concentration or more, the cobalt-doped titanium dioxide film exhibits ferromagnetic properties.

以上説明したように、本発明によれば、表面が原子レベルで平坦であって結晶性に優れ、強磁性的性質を自在に制御することができるコバルトドープ二酸化チタン膜を提供することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide a cobalt-doped titanium dioxide film having a flat surface at an atomic level, excellent crystallinity, and capable of freely controlling ferromagnetic properties.

以下、本発明の詳細、並びにその他の特徴及び利点について、最良の形態に基づいて詳細に説明する。   The details of the present invention and other features and advantages will be described in detail below based on the best mode.

図１は、本発明の多層膜構造の一例を示す構成図である。図１に示す多層膜構造１０は、所定の基板１１と、この基板１１上に形成された二酸化チタン膜１２と、この二酸化チタン膜１２上に形成されたコバルトドープの二酸化チタン膜１３とを具えている。   FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a multilayer film structure of the present invention. A multilayer film structure 10 shown in FIG. 1 includes a predetermined substrate 11, a titanium dioxide film 12 formed on the substrate 11, and a cobalt-doped titanium dioxide film 13 formed on the titanium dioxide film 12. It is.

基板１１は、例えばイットリウム添加安定化ジルコニア（ＹＳＺ）基板、サファイア基板、二酸化チタン基板、シリコン基板、砒化ガリウム基板、及びマグネシア基板などから構成することができるが、好ましくはサファイア基板から構成する。   The substrate 11 can be composed of, for example, an yttrium-added stabilized zirconia (YSZ) substrate, a sapphire substrate, a titanium dioxide substrate, a silicon substrate, a gallium arsenide substrate, and a magnesia substrate, and is preferably composed of a sapphire substrate.

二酸化チタン膜１２は、その上に形成された目的とするコバルトドープ二酸化チタン膜１３に対してバッファ層及び下地層の役割を果たす。この目的のため、二酸化チタン膜１２は、３００℃〜５００℃の温度で形成することが好ましく、その厚さは５ｎｍ〜１００ｎｍであることが好ましい。なお、二酸化チタン膜１２は、必要に応じて所定の元素を含むこともできるが、好ましくは特定の目的でドープされる元素を含まないことが好ましい。但し、形成手段や条件などによって必然的に含まれる元素総てを排除するものではない。   The titanium dioxide film 12 serves as a buffer layer and an underlayer for the target cobalt-doped titanium dioxide film 13 formed thereon. For this purpose, the titanium dioxide film 12 is preferably formed at a temperature of 300 ° C. to 500 ° C., and its thickness is preferably 5 nm to 100 nm. The titanium dioxide film 12 may contain a predetermined element as required, but preferably does not contain an element doped for a specific purpose. However, it does not exclude all elements necessarily included depending on the forming means and conditions.

なお、二酸化チタン膜１２は、その形成後であってコバルトドープ二酸化チタン膜１３の形成前において、減圧雰囲気下でアニール処理することが好ましい。このアニール処理は例えば５００℃〜１０００℃の温度で行うのが好ましく、前記減圧雰囲気としては、例えば１×１０−４Ｔｏｒｒ以下の雰囲気を採用することが好ましい。 The titanium dioxide film 12 is preferably annealed in a reduced pressure atmosphere after the formation and before the cobalt-doped titanium dioxide film 13 is formed. This annealing treatment is preferably performed at a temperature of, for example, 500 ° C. to 1000 ° C., and as the reduced-pressure atmosphere, for example, an atmosphere of 1 × 10 −4 Torr or less is preferably employed.

コバルトドープ二酸化チタン膜１３は、基板１１上において上述した二酸化チタン膜１２を介して形成されるため、原子レベルの表面平坦性を得ることができるとともに、その結晶性を十分に向上させることができる。なお、同様の目的から、コバルトドープ二酸化チタン膜１３は、３００℃〜５００℃の温度で形成することが好ましい。   Since the cobalt-doped titanium dioxide film 13 is formed on the substrate 11 via the titanium dioxide film 12 described above, the surface flatness at the atomic level can be obtained and the crystallinity thereof can be sufficiently improved. . For the same purpose, the cobalt-doped titanium dioxide film 13 is preferably formed at a temperature of 300 ° C. to 500 ° C.

なお、コバルトドープ二酸化チタン膜１３は、レーザアブレーション法など公知の成膜手法を用いて形成することができる。そして、コバルトドープ二酸化チタン膜１３の高結晶性などの基づき、その形成時の雰囲気中における酸素濃度を制御することにより、内部における酸素欠損量を制御することができ、これに基づいてそのキャリア濃度を制御することができる。   The cobalt-doped titanium dioxide film 13 can be formed using a known film formation method such as a laser ablation method. Based on the high crystallinity and the like of the cobalt-doped titanium dioxide film 13, the oxygen concentration in the atmosphere can be controlled by controlling the oxygen concentration in the atmosphere at the time of formation, and based on this, the carrier concentration can be controlled. Can be controlled.

コバルトドープ二酸化チタン膜１３は、そのキャリア濃度に依存して強磁性的性質を呈し、この強磁性的性質に基づいて種々の特性を呈するようになる。   The cobalt-doped titanium dioxide film 13 exhibits a ferromagnetic property depending on the carrier concentration, and exhibits various properties based on this ferromagnetic property.

（実施例１）
（１０−１２）サファイア基板上に、このサファイア基板を７００℃に加熱するとともに、酸素分圧１×１０−４Ｔｏｒｒにおいてノンドープ二酸化チタン膜を厚さ５ｎｍに形成した。その後、前記ノンドープ二酸化チタン膜を１×１０−４Ｔｏｒｒの減圧下に配置し、１０００℃で１時間のアニール処理を実施した。次いで、前記ノンドープ二酸化チタン膜上にコバルトドープ二酸化チタン膜を酸素分圧１×１０−６Ｔｏｒｒの雰囲気下で、厚さ１００ｎｍに形成した。なお、いずれの二酸化チタン膜もレーザアブレーション法を用いて形成した。 Example 1
On the (10-12) sapphire substrate, this sapphire substrate was heated to 700 ° C., and a non-doped titanium dioxide film was formed to a thickness of 5 nm at an oxygen partial pressure of 1 × 10 −4 Torr. Thereafter, the non-doped titanium dioxide film was placed under a reduced pressure of 1 × 10 −4 Torr and annealed at 1000 ° C. for 1 hour. Next, a cobalt-doped titanium dioxide film was formed on the non-doped titanium dioxide film to a thickness of 100 nm in an atmosphere having an oxygen partial pressure of 1 × 10 −6 Torr. All the titanium dioxide films were formed using a laser ablation method.

図２（ａ）は、上述のようにして得たコバルトドープ二酸化チタン膜のＸ線回折パターンであり、図２（ｂ）は、前記ノンドープ二酸化チタン膜を形成することなく、前記サファイア基板上に直接形成したコバルトドープ二酸化チタン膜のＸ線回折パターンである。図２から明らかなように、ノンドープ二酸化チタン膜を介して形成したコバルトドープ二酸化チタン膜の方がＴｉＯ２の（１０１）ピークが大きく、結晶性が向上していることが分かる。 FIG. 2A is an X-ray diffraction pattern of the cobalt-doped titanium dioxide film obtained as described above, and FIG. 2 is an X-ray diffraction pattern of a directly formed cobalt-doped titanium dioxide film. As can be seen from FIG. 2, the cobalt-doped titanium dioxide film formed through the non-doped titanium dioxide film has a larger (101) peak of TiO 2 and improved crystallinity.

図３は、図２（ａ）に関する前記コバルトドープ二酸化チタン膜の表面ＳＥＭ写真であり、図４は、同じコバルトドープ二酸化チタン膜の表面ＡＦＭ写真である。図３から明らかなように、前記コバルトドープ二酸化チタン膜上にはランダムな凹凸や析出物が形成されておらず、図４から明らかなように、前記コバルトドープ二酸化チタン膜の表面には原子層ステップが等間隔で出現し、原子レベルで平坦な表面が形成されていることが分かる。   FIG. 3 is a surface SEM photograph of the cobalt-doped titanium dioxide film with respect to FIG. 2A, and FIG. 4 is a surface AFM photograph of the same cobalt-doped titanium dioxide film. As is clear from FIG. 3, no random irregularities or precipitates are formed on the cobalt-doped titanium dioxide film, and as is apparent from FIG. 4, an atomic layer is formed on the surface of the cobalt-doped titanium dioxide film. It can be seen that the steps appear at regular intervals, and a flat surface is formed at the atomic level.

（実施例２）
コバルトドープ二酸化チタン膜中のキャリア濃度を変化させることによって、その磁気円二色性を調べた。なお、キャリア濃度は〜１０２２／ｃｍ２（試料番号＃１）、〜１０２１／ｃｍ２（試料番号＃２）及び〜１０１９／ｃｍ２（試料番号＃３）とした。 (Example 2)
The magnetic circular dichroism was investigated by changing the carrier concentration in the cobalt-doped titanium dioxide film. The carrier concentration was set to 10 22 / cm 2 (sample number # 1), −10 21 / cm 2 (sample number # 2), and −10 19 / cm 2 (sample number # 3).

図５は、前記コバルトドープ二酸化チタン膜の、室温における吸収スペクトル及び磁気円二色性スペルトルを示すグラフである。図５（ａ）から明らかなように、前記コバルトドープ二酸化チタン膜の、キャリア濃度の増大に伴って吸収スペクトルのピークが高エネルギー側に移行していることが分かる。また、図５（ｂ）から明らかなように、試料＃１及び＃２の磁気円二色性スペクトルにおいてピークを示すことから、これらの試料は磁気円二色性（広義の磁気光学効果）を呈することが分かる。また、キャリア濃度の高い試料＃１において、そのピーク位置は高エネルギー側にシフトする。   FIG. 5 is a graph showing the absorption spectrum and magnetic circular dichroism spectrum at room temperature of the cobalt-doped titanium dioxide film. As is clear from FIG. 5A, it can be seen that the peak of the absorption spectrum of the cobalt-doped titanium dioxide film shifts to the higher energy side as the carrier concentration increases. Further, as is clear from FIG. 5 (b), since the samples show peaks in the magnetic circular dichroism spectra of Samples # 1 and # 2, these samples exhibit magnetic circular dichroism (a magneto-optical effect in a broad sense). You can see that Further, in the sample # 1 having a high carrier concentration, the peak position shifts to the high energy side.

なお、キャリア濃度の低い試料＃３においては、磁気円二色性を呈さないことが判明した。また、磁気円二色性を呈する試料＃１及び＃２においては、図５（ｃ）及び（ｄ）に示すような強磁性のヒステリシスを示すことが判明した。   It was found that Sample # 3 with a low carrier concentration does not exhibit magnetic circular dichroism. It was also found that Samples # 1 and # 2 exhibiting magnetic circular dichroism exhibit ferromagnetic hysteresis as shown in FIGS. 5 (c) and 5 (d).

また、図５（ａ）及び（ｂ）から明らかなように、吸収スペクトルのピーク位置のシフト及び磁気円二色性のピーク位置のシフトと、コバルトドープ二酸化チタン膜中のキャリア濃度の大小とが一対一に対応していることから、前記吸収特性及び前記磁気円二色性（広義の磁気光学効果）は、前記コバルトドープ二酸化チタン膜のキャリアが寄与していることが分かる。   Further, as is clear from FIGS. 5A and 5B, the shift of the peak position of the absorption spectrum and the shift of the peak position of the magnetic circular dichroism and the magnitude of the carrier concentration in the cobalt-doped titanium dioxide film are as follows. Since it corresponds one-to-one, it turns out that the said carrier characteristic of the said cobalt dope titanium dioxide film contributes to the said absorption characteristic and the said magnetic circular dichroism (broad sense magneto-optical effect).

図６は、試料＃１及び＃２の、ホール効果の磁場依存性を示すグラフである。図６（ａ）から明らかなように、試料＃２では正常ホール効果が支配的であるが、挿入図にあるような磁場に比例する正常ホール効果を差し引くと、異常ホール効果が存在していることが分かる。また、図６（ｂ）から明らかなように、試料＃１では異常ホール効果が支配的で温度の低下とともに顕著になることが分かる。試料＃１及び＃２で示される本発明のコバルトドープ二酸化チタン膜は、このような異常ホール効果を呈することからキャリアのスピンが強磁性分極していることが分かる。したがって、前記異常ホール効果には、コバルトドープ二酸化チタン膜中のキャリアが寄与していることが分かる。   FIG. 6 is a graph showing the magnetic field dependence of the Hall effect for Samples # 1 and # 2. As apparent from FIG. 6A, the normal Hall effect is dominant in Sample # 2, but when the normal Hall effect proportional to the magnetic field as shown in the inset is subtracted, there is an anomalous Hall effect. I understand that. Further, as apparent from FIG. 6B, it can be seen that the abnormal Hall effect is dominant in the sample # 1, and becomes remarkable as the temperature decreases. Since the cobalt-doped titanium dioxide films of the present invention shown in Samples # 1 and # 2 exhibit such anomalous Hall effect, it is understood that the carrier spin is ferromagnetically polarized. Therefore, it can be seen that carriers in the cobalt-doped titanium dioxide film contribute to the abnormal Hall effect.

（実施例３）
本例では、コバルトドープ二酸化チタン膜形成時の、酸素分圧を種々変化させた。図７（ａ）は、コバルトドープ二酸化チタン膜の、抵抗率の温度依存性を示すグラフであり、図７（ｂ）は、前記コバルトドープ二酸化チタン膜の、抵抗率の酸素分圧依存性を示すグラフである。図７（ａ）から明らかなように、前記コバルトドープ二酸化チタン膜の、抵抗率の温度依存性は半導体的性質を呈することが分かる。また、図７（ｂ）から明らかなように、前記抵抗率は酸素分圧と一対一の関係にあり、前記抵抗率、すなわちキャリア濃度は、形成時の酸素分圧を制御することによって制御できることが分かる。 (Example 3)
In this example, the oxygen partial pressure during the formation of the cobalt-doped titanium dioxide film was variously changed. FIG. 7A is a graph showing the temperature dependence of the resistivity of the cobalt-doped titanium dioxide film, and FIG. 7B shows the oxygen partial pressure dependence of the resistivity of the cobalt-doped titanium dioxide film. It is a graph to show. As is apparent from FIG. 7A, the temperature dependence of the resistivity of the cobalt-doped titanium dioxide film exhibits semiconductor properties. Further, as is apparent from FIG. 7B, the resistivity has a one-to-one relationship with the oxygen partial pressure, and the resistivity, that is, the carrier concentration, can be controlled by controlling the oxygen partial pressure at the time of formation. I understand.

以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。   As described above, the present invention has been described in detail based on the embodiments of the present invention with specific examples. However, the present invention is not limited to the above contents, and all modifications and changes are made without departing from the scope of the present invention. It can be changed.

本発明は、フォトニクス分野及びエレクトロニクス分野において用いることができる。フォトニクス分野では、光アイソレータなどの磁気光学デバイス等に適用することができ、エレクトロニクス分野では、磁気抵抗デバイス、巨大磁気抵抗デバイス、電界効果型デバイス、スピン偏極キャリア注入デバイス、スピン偏極発光素子、又はこれらのデバイスを含む磁気センサあるいはスピン輸送素子などに適用することができる。   The present invention can be used in the fields of photonics and electronics. In the photonics field, it can be applied to magneto-optical devices such as optical isolators. In the electronics field, magnetoresistive devices, giant magnetoresistive devices, field effect devices, spin-polarized carrier injection devices, spin-polarized light emitting elements, Alternatively, it can be applied to a magnetic sensor or a spin transport element including these devices.

本発明の多層膜構造の一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of the multilayer film structure of this invention. コバルトドープ二酸化チタン膜のＸ線回折スペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the X-ray-diffraction spectrum of a cobalt dope titanium dioxide film. コバルトドープ二酸化チタン膜の表面ＳＥＭ写真である。It is a surface SEM photograph of a cobalt dope titanium dioxide film. コバルトドープ二酸化チタン膜の表面ＡＦＭ写真である。It is a surface AFM photograph of a cobalt dope titanium dioxide film. コバルトドープ二酸化チタン膜の、室温における吸収スペクトル及び磁気円二色性スペルトルを示すグラフである。It is a graph which shows the absorption spectrum and magnetic circular dichroism spectrum at room temperature of a cobalt dope titanium dioxide film. コバルトドープ二酸化チタン膜の、ホール効果の磁場依存性を示すグラフである。It is a graph which shows the magnetic field dependence of the Hall effect of a cobalt dope titanium dioxide film. コバルトドープ二酸化チタン膜の、抵抗率の温度依存性及び酸素分圧依存性を示すグラフである。It is a graph which shows the temperature dependence of oxygen resistivity, and oxygen partial pressure dependence of a cobalt dope titanium dioxide film.

符号の説明Explanation of symbols

１０ 多層膜構造
１１ 基板
１２ 二酸化チタン膜
１３ コバルトドープ二酸化チタン膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Multilayer film structure 11 Substrate 12 Titanium dioxide film 13 Cobalt dope titanium dioxide film

Claims (23)

所定の基板を準備する工程と、
前記基板上に、二酸化チタン膜を形成する工程と、
前記二酸化チタン膜上にコバルトをドープした二酸化チタン膜を形成する工程と、
を具えることを特徴とする、コバルトドープ二酸化チタン膜の作製方法。 Preparing a predetermined substrate; and
Forming a titanium dioxide film on the substrate;
Forming a cobalt-doped titanium dioxide film on the titanium dioxide film;
A method for producing a cobalt-doped titanium dioxide film, comprising: 前記二酸化チタン膜は、３００℃〜５００℃の温度で形成することを特徴とする、請求項１に記載のコバルトドープ二酸化チタン膜の作製方法。   2. The method for producing a cobalt-doped titanium dioxide film according to claim 1, wherein the titanium dioxide film is formed at a temperature of 300 ° C. to 500 ° C. 3. 前記二酸化チタン膜の厚さが５ｎｍ〜１００ｎｍであることを特徴とする、請求項１又は２に記載のコバルトドープ二酸化チタン膜の作製方法。   The method for producing a cobalt-doped titanium dioxide film according to claim 1 or 2, wherein the titanium dioxide film has a thickness of 5 nm to 100 nm. 前記二酸化チタン膜を減圧雰囲気中でアニール処理する工程を具えることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載のコバルトドープ二酸化チタン膜の作製方法。   The method for producing a cobalt-doped titanium dioxide film according to any one of claims 1 to 3, further comprising a step of annealing the titanium dioxide film in a reduced-pressure atmosphere. 前記アニール処理は５００℃〜１０００℃の温度で行うことを特徴とする、請求項４に記載のコバルトドープ二酸化チタン膜の作製方法。   The method for producing a cobalt-doped titanium dioxide film according to claim 4, wherein the annealing treatment is performed at a temperature of 500C to 1000C. 前記コバルトドープ二酸化チタン膜は、３００℃〜５００℃の温度で形成することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載のコバルトドープ二酸化チタン膜の作製方法。   The said cobalt dope titanium dioxide film is formed at the temperature of 300 to 500 degreeC, The preparation method of the cobalt dope titanium dioxide film as described in any one of Claims 1-5 characterized by the above-mentioned. 前記コバルトドープ二酸化チタン膜は、原子レベルの表面平坦性を有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一に記載のコバルトドープ二酸化チタン膜の作製方法。   The method for producing a cobalt-doped titanium dioxide film according to any one of claims 1 to 6, wherein the cobalt-doped titanium dioxide film has atomic level surface flatness. 前記コバルトドープ二酸化チタン膜中の酸素欠損量を制御することにより、前記コバルトドープ二酸化チタン膜中のキャリア濃度を制御することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一に記載のコバルトドープ二酸化チタン膜の作製方法。   The cobalt dope according to any one of claims 1 to 7, wherein a carrier concentration in the cobalt doped titanium dioxide film is controlled by controlling an oxygen deficiency amount in the cobalt doped titanium dioxide film. A method for producing a titanium dioxide film. 前記コバルトドープ二酸化チタン膜は、そのキャリア濃度に依存した強磁性を呈することを特徴とする、請求項８に記載のコバルトドープ二酸化チタン膜の作製方法。   The method for producing a cobalt-doped titanium dioxide film according to claim 8, wherein the cobalt-doped titanium dioxide film exhibits ferromagnetism depending on its carrier concentration. 前記コバルトドープ二酸化チタン膜は、そのキャリア濃度に依存した磁気光学効果を呈することを特徴とする、請求項９に記載のコバルトドープ二酸化チタン膜の作製方法。   The method for producing a cobalt-doped titanium dioxide film according to claim 9, wherein the cobalt-doped titanium dioxide film exhibits a magneto-optical effect depending on the carrier concentration. 前記コバルトドープ二酸化チタン膜は、そのキャリア濃度に依存した異常ホール効果を呈することを特徴とする、請求項９に記載のコバルトドープ二酸化チタン膜の作製方法。   The method for producing a cobalt-doped titanium dioxide film according to claim 9, wherein the cobalt-doped titanium dioxide film exhibits an anomalous Hall effect depending on its carrier concentration. 前記基板はサファイア基板であることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一に記載のコバルトドープ二酸化チタン膜の作製方法。   The method for producing a cobalt-doped titanium dioxide film according to any one of claims 1 to 11, wherein the substrate is a sapphire substrate. 原子レベルの表面平坦性を有することを特徴とする、コバルトドープ二酸化チタン膜。   A cobalt-doped titanium dioxide film having surface flatness at an atomic level. キャリア濃度に依存した強磁性を呈することを特徴とする、コバルトドープ二酸化チタン膜。   A cobalt-doped titanium dioxide film characterized by exhibiting ferromagnetism depending on the carrier concentration. キャリア濃度に依存した磁気光学効果を呈することを特徴とする、請求項１４に記載のコバルトドープ二酸化チタン膜。   The cobalt-doped titanium dioxide film according to claim 14, which exhibits a magneto-optical effect depending on a carrier concentration. キャリア濃度に依存した異常ホール効果を呈することを特徴とする、請求項１４に記載のコバルトドープ二酸化チタン膜。   The cobalt-doped titanium dioxide film according to claim 14, which exhibits an anomalous Hall effect depending on a carrier concentration. 所定の基板と、
前記基板上に形成された二酸化チタン膜と、
前記二酸化チタン膜上に形成されたコバルトドープの二酸化チタン膜と、
を具えることを特徴とする、多層膜構造。 A predetermined substrate;
A titanium dioxide film formed on the substrate;
A cobalt-doped titanium dioxide film formed on the titanium dioxide film;
A multilayer film structure characterized by comprising: 前記二酸化チタン膜の厚さが５ｎｍ〜１００ｎｍであることを特徴とする、請求項１７に記載の多層膜構造。   The multilayer structure according to claim 17, wherein the titanium dioxide film has a thickness of 5 nm to 100 nm. 前記コバルトドープ二酸化チタン膜は、原子レベルの表面平坦性を有することを特徴とする、請求項１７又は１８に記載の多層膜構造。   The multilayer film structure according to claim 17 or 18, wherein the cobalt-doped titanium dioxide film has surface flatness at an atomic level. 前記コバルトドープ二酸化チタン膜は、そのキャリア濃度に依存した強磁性を呈することを特徴とする、請求項１７〜１９のいずれか一に記載の多層膜構造。   The multilayer film structure according to any one of claims 17 to 19, wherein the cobalt-doped titanium dioxide film exhibits ferromagnetism depending on its carrier concentration. 前記コバルトドープ二酸化チタン膜は、そのキャリア濃度に依存した磁気光学効果を呈することを特徴とする、請求項２０に記載の多層膜構造。   21. The multilayer structure according to claim 20, wherein the cobalt-doped titanium dioxide film exhibits a magneto-optical effect depending on its carrier concentration. 前記コバルトドープ二酸化チタン膜は、そのキャリア濃度に依存した異常ホール効果を呈することを特徴とする、請求項２０に記載の多層膜構造。   21. The multilayer structure according to claim 20, wherein the cobalt-doped titanium dioxide film exhibits an anomalous Hall effect depending on its carrier concentration. 前記基板はサファイア基板であることを特徴とする、請求項１７〜２２のいずれか一に記載の多層膜構造。   The multilayer film structure according to any one of claims 17 to 22, wherein the substrate is a sapphire substrate.
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