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Research on emerging devices based on electron-hydrodynamic effects

Research Project

Project/Area Number 20H00241
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Medium-sized Section 21:Electrical and electronic engineering and related fields
Research InstitutionShizuoka University

Principal Investigator

Ono Yukinori  静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (80374073)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 池田 浩也  静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (00262882)
藤原 聡  日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, フロンティア機能物性研究部, 上席特別研究員 (70393759)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥41,990,000 (Direct Cost: ¥32,300,000、Indirect Cost: ¥9,690,000)
Fiscal Year 2023: ¥9,360,000 (Direct Cost: ¥7,200,000、Indirect Cost: ¥2,160,000)
Fiscal Year 2022: ¥9,360,000 (Direct Cost: ¥7,200,000、Indirect Cost: ¥2,160,000)
Fiscal Year 2021: ¥9,230,000 (Direct Cost: ¥7,100,000、Indirect Cost: ¥2,130,000)
Fiscal Year 2020: ¥14,040,000 (Direct Cost: ¥10,800,000、Indirect Cost: ¥3,240,000)
Keywordsシリコン / MOSトランジスタ / 電子流体効果 / 金属絶縁体転移 / クーロンドラッグ / 電子正孔2重層 / 電子流体 / 電子電子散乱 / エネルギー消費
Outline of Research at the Start

本課題は、研究代表者の先行研究を基礎とし、これまで物理の対象でしかなかった電子流体を集積回路分野へ応用し、新規な電子工学確立を目指すものである。ここでは、MOS電子系を弱反転から強反転まで変化させ、電子密度をパラメータとして、粘度とデバイス性能の対応関係を調べる。特に、MOS電子系の粘度を計測するとともに、電子流体効果によるチャネルエッジ散乱の抑止効果を実証する。また、電子流体によるスイッチング機能を評価するためのデバイス構造を提案し、スイッチング動作における低消費電力性を実証する。さらに、現在30K程度に留まっている動作温度の上昇に向け、電子流体におけるエネルギー散逸機構を解明する。

Outline of Final Research Achievements

In this research, we performed experiments for investigating the electron-electron, and electron-hole interactions for the development of Si-based new devices based on the electron hydrodynamics.
Firstly, we investigated the metal-insulator transition in silicon-on-insulator MOS transistors and demonstrated that the critical conductance, which is an important parameter for the metal-insulator transition, can be controlled by the gate voltage. Secondly, we investigated the drag effects in electron-hole bilayers, with the interlayer distance of 18 nm, formed in the SOI film, and found that the Coulomb drag predominates due to the strong remote Coulomb interaction. Thirdly, we proposed and experimentally demonstrated a new method to form the electron-hole bilayer with the interlayer distance on the order of Bohr radius.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

外的散乱過程が電子伝導を支配する限り、電子の運動量とエネルギーの散逸は避けがたく、これが集積回路の性能向上を阻害する根源的な問題となっている。本課題は、この問題を解決するために、電子流体効果を利用した新規デバイスを創生すべく、その基礎検討を行うものである。電子流体効果発現のために重要となる電子間相互作用、電子正孔間相互作用を、シリコンMOSトランジスタ構造を基軸に調べ、幾つかの新規デバイス構造も提案した。特に極近接電子正孔2重層形成手法の提案と実証は、Communication Physics(Nature publishing)に掲載され、新聞等にも取り上げられるなど注目を集めた。

Report

(6 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Comments on the Screening Results   Annual Research Report
  • Research Products

    (38 results)

All 2023 2022 2021 Other

All Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 3 results) Presentation (30 results) (of which Int'l Joint Research: 8 results,  Invited: 8 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Highly stable Fe/CeO2 catalyst for the reverse water gas shift reaction in the presence of H2S2023

    • Author(s)
      Watanabe Ryo, Karasawa Fumiya, Yokoyama Chikamasa, Oshima Kazumasa, Kishida Masahiro, Hori Masahiro, Ono Yukinori, Satokawa Shigeo, Verma Priyanka, Fukuhara Choji
    • Journal Title

      RSC Advances

      Volume: 13 Issue: 17 Pages: 11525-11529

    • DOI

      10.1039/d3ra01323e

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    • Author(s)
      Masahiro Hori, Jinya Kume, Manjakavahoaka Razanoelina, Hiroyuki Kageshima, Yukinori Ono
    • Journal Title

      Communications Physics

      Volume: 6 Issue: 1

    • DOI

      10.1038/s42005-023-01428-1

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  • [Journal Article] Magnetometry of neurons using a superconducting qubit2023

    • Author(s)
      Hiraku Toida, Koji Sakai, Tetsuhiko F. Teshima, Masahiro Hori, Kosuke Kakuyanagi, Imran Mahboob, Yukinori Ono & Shiro Saito
    • Journal Title

      Communications Physics

      Volume: 6 Issue: 1

    • DOI

      10.1038/s42005-023-01133-z

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    • Author(s)
      T. Teja. Jupalli, A. Debnath, G. Prabhudesai, K. Yamaguchi, P. Jeevan Kumar, Y. Ono, D. Moraru
    • Journal Title

      Applied Physics Express

      Volume: 15 Issue: 6 Pages: 065003-065003

    • DOI

      10.35848/1882-0786/ac68cf

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      M. Razanoelina, M. Hori, A. Fujiwara, Y. Ono
    • Journal Title

      Applied Physics Express

      Volume: 14 Issue: 10 Pages: 104003-104003

    • DOI

      10.35848/1882-0786/ac25c4

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      Applied Physics Letters

      Volume: 118 Issue: 26

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      10.1063/5.0053196

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      土屋敏章, 堀匡寛, 小野行徳
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      第84回応用物理学会秋季学術講演会
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      土屋敏章, 堀匡寛, 小野行徳
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      土屋敏章, 堀匡寛, 小野行徳
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      第71回応用物理学会春季学術講演会
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      土屋敏章, 堀匡寛, 小野行徳
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  • [Remarks] 静岡大学 小野・堀研究室ホームページ

    • URL

      http://wwp.shizuoka.ac.jp/nano/

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Published: 2020-04-28   Modified: 2025-01-30  

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