マルチゲート構造を持つ超伝導電界効果トランジスタの研究
| Project/Area Number |
21K04145
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
立木 実 国立研究開発法人物質・材料研究機構, ナノアーキテクトニクス材料研究センター, 主幹研究員 (50318838)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大井 修一 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 主任研究員 (10354292)
川原田 洋 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (90161380)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
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| Keywords | 超伝導 / 電界効果トランジスタ / ダイヤモンド / 銅酸化物 / 磁気光学顕微鏡 / 磁束量子 / 磁気顕微鏡 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は効率的な電力利用において、低損失デバイスとなることが期待される超伝導電界効果トランジスタの現象解明・動作機構実現のための基礎研究を行うものである。薄膜技術、低温計測技術、数値シミュレーション技術を駆使することによって従来に比べて大きな電流変調機能を持つ超伝導電界効果トランジスタの実現を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
超伝導層/2次元正孔ガス(2DHG)層/超伝導層の3領域からなるダイヤモンド電界効果トランジスタ(FET)を世界で初めて作製し、ゲート電圧によるドレイン電流の変調効果を１K-10Kにおいて実現した。エッチング側壁面の超伝導転移温度の低い面方位で常伝導化することで、超伝導電流が流れる細い稜線を形成する稜線伝導型のデバイスを新たに開発した。これに加えて、新たにC-H チャネルデバイスと比べて高移動度が期待できるSi終端ダイヤモンド(C-Si-O)をチャネルに、(111)超伝導ボロンドープダイヤモンドをソース・ドレイン電極に用いたMOSFETを作製し、極低温環境下での動作を検証した。最終年度において、ボロンドープダイヤモンドチャネルFETの超伝導電流の直接ゲート変調にもはじめて成功した。
単結晶Bi2212銅酸化物超伝導体を劈開貼り付け法により薄膜化し、Arイオンエッチング装置によって超伝導チャネルを3.8μm程度に微細化した。また、希塩酸処理によるBi2212の超薄膜化についても検討した。汎用半導体シミュレータを用いて３次元シミュレーションを行い、マルチゲートチャネルにおけるキャリア濃度の電界変調効果を知ることができるようになった。超伝導トランジスタの動作理解に必要な磁束量子の駆動状態を観測するために、磁気光学薄膜センサの独自開発を行い、単一磁束量子レベルの運動をリアルタイムに観察できる磁気光学顕微鏡システムの開発に成功するとともに、ニオブ材料の単一磁束量子および磁束量子クラスター形成のその場観察に成功した。有限要素法や磁束量子の動力学法シミュレーションを開発し、磁束量子の運動を理論的に可視化することに成功した。また、開発した磁気光学顕微鏡により、高温超伝導体薄膜やMgB2コンポジット超伝導体の磁束侵入過程の様子の磁気顕微鏡によるリアルタイム観察を行った。
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Report
(3 results)
Research Products
(31 results)
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[Presentation] Reduction of Etching Damage and SQUID Operation of Single-Crystalline Diamond Josephson Junctions by Ridge Conduction Structure2023
Author(s)
Y.Hashimoto, C.Wakabayashi, Y.Takahashi, Y.Takano, M.Tachiki, S.Ooi, H. Kawarada
Organizer
2023 MRS Fall Meeting &Exhibit, Boston, USA, Nov 26-Dec 1, 2023
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Int'l Joint Research
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[Presentation] 超伝導フラクタルナノ複合体の位相コヒーレンス形成と渦糸構造2023
Author(s)
寺町七海, 中明育, 橋本碧維, 大井 修一, 立木 実, 有沢 俊一, 櫻井敬博, 太田仁, 近藤隼,幾原雄一, バレンタ ヤロスラフ, 辻井 直人, 森 孝雄, 内野隆司
Organizer
第29回 渦糸物理ワークショップ
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[Presentation] 超伝導/常伝導フラクタルナノ複合化合物の自発渦糸形成2023
Author(s)
中明育, 櫻井敬博, 太田仁, 大井 修一, 立木 実, 有沢 俊一, 幾原雄一, 近藤隼, 大石一城, 坂口佳史, 幸田章宏, 内野隆司
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[Presentation] C-Si-Oチャネルを用いたダイヤモンドMOSFETの 極低温環境下における動作実証2023
Author(s)
竹内雅治, 若林千幸, 太田康介, 成田憲人, 高橋康裕, 蔭浦泰資, 高野義彦, 立木 実, 大井修一, 有沢俊一, 川原田 洋
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第70回 応用物理学会春季学術講演会
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