シングルエレクトロン・トランジスタの開発

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05555085
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 坪内 和夫 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (30006283)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 益 一哉 東北大学, 電気通信研究所, 助教授 (20157192)
• Keywords: クーロンブロケード / トンネル接合 / シングルエレクトロントランジスタ / 選択成長 / Al / Al CVD

Research Abstract

トンネル絶縁膜を介して形成された極微小容量におけるSingle Electron tunneling現象は、究極の「1電子スイッチ」への可能性を秘めている。従来、この現象は30K〜mKの極低温で観測されていたが、平面寸法10nmオーダの極微小容量(1×10^<-18>Fオーダ)を再現性良く形成できるならば、室温動作シングルエレクトロン・トランジスタの実現が可能である。本研究では、デジタル演算素子を目指したシングルエレクトロン・トランジスタを開発する。具体的には、申請者らが極微細加工技術として開発してきた「アトミックレジストプロセス」「単結晶Al選択成長技術」を基礎として、(1)寄生容量を極力低減した300K〜77kで動作するシングルエレクトロン・ボックス及びトランジスタ、(2)デジタル論理回路の構成要素であるインバータ回路を開発する。
研究計画に沿って、本年度は、微小トンネル接合形成の基礎となる選択Al CVD技術を用いていて微小単結晶Alの形成を行った。また、単結晶Al選択成長の安定化のためには、その選択成長メカニズムの解明は必須であるが、従来より申請者が提案している「表面電気化学反応モデル」の実験的検証を行った。その結果、100nm以下の単結晶Alを選択的にかつ安定してい形成可能になった。
また、クーロンブロケードの測定、シングルエレクトロントランジスタ特性評価に用いる極低温クライオスタット(温度変化範囲:0.3K〜300K)の導入と立ち上げを行った。
研究計画に沿って研究は進展しており、次年度以降、微小トンネル接合を用いたシングルエレクトロンデバイスの開発を進める見通しは立っている。

Research Products

• [Publications] K.Tsubouchi: "Area-Selective CVD of Metals(Invited Paper)" Thin Solid Films. 228. 312-318 (1993)
• [Publications] K.Masu: "Contribution of Free Electron to Al CVD on Si Surface by Photo-Excitation" Appl.Surface Science. (to be published). (1994)
• [Publications] K.Tsubouchi: "Effects of Hydrogen Terminated Substrate Surface on Succeeding Selective Deposition(Invited Paper)" Material Research Society Symposium Proceedings,“Surface Chemical Cleaning and Passivation for Semiconductor Processing". 315. 59-70 (1993)
• [Publications] K.Tsubouchi: "Metal CVD Technology(Invited Paper)" The 3rd IUMRS International Conference on Advanced Materials. S3-1 (1993)
• [Publications] K.Masu: "Contribution of Free Electron to Al CVD on Si Surface by Photo-Excitation" First international Conference on Photo-Excited Processes and Applications,Sendai. 99 (1993)
• [Publications] K.Masu: "Schottky Barrier Height of Single Crystal CVD-Al/Si Contact" Advanced Metallization for ULSI Applications,Japan Conference,Tokyo. 27-28 (1993)
• [Publications] K.Tsubouchi: "Area Selective Al CVD Technology(Invited Paper)" Proceedings of International Conference on Advanced Microelectronic Devices and Processing,Sendai. 77-84 (1994)
• [Publications] H.Matsuhashi: "Single Crystal CVD-Al/Si Schottky Contact" Proceedings of International Conference on Advanced Microelectronic Devices and Processing,Sendai. 495-500 (1994)
• [Publications] K.Tsubouchi: "Precursor Design and Selective Aluminum CVD(Invited Paper)" 4th European Vacuum Conference and 1st Swedish Vacuum Meeting,Uppsala,Sweden. (to be presented). (1994)
• [Publications] K.Masu: "Atomic Hydrogen Resist Process with Electron Beam Lithography for Selective Al Patterning(Invited Paper)" The 38th International Symposium on Electron,Ion and Photon Beams(EIPB'94)New Orleans. (to be presented). (1994)
• [Publications] 坪内和夫: "選択Al CVD技術" 平成5年 電気学会 電子・情報・システム部門大会 シンポジウム(半導体プロセスの高性能化技術)(1993年7月16日). 133-136 (1993)
• [Publications] 坪内和夫: "選択Al・CVD技術" 磁性材料研究会・電子材料表面処理技術部会 合同例会資料(1993年7月16日、17日). (1993)
• [Publications] 坪内和夫: "水素終端Si表面のAl選択成長" 日本学術振興会 極限構造電子物性第151委員会、(1993年12月13,14日). 28-35 (1993)
• [Publications] 坪内和夫: "シングルエレクトロンデバイスのためのプロセス技術" 1993年秋季 第54回応用物理学会学術講演会(1993年9月). 28p-HB-7 (1993)
• [Publications] 松橋秀樹: "選択Al-CVDにおける表面自由電子の寄与" 1993年秋季 第54回応用物理学会学術講演会(1993年9月). 29a-ZE-8 (1993)
• [Publications] 松橋秀樹: "DMAHを用いた選択Al-CVDによる単結晶AlとSi界面のショットキー障壁高さ" 1994年春季 第41回応用物理学関連連合講演会(1994年3月). (講演予定). (1994)