微小トンネル接合を利用した量子セルオートマトンデバイスの研究

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08650396
• Research Institution: Hokkdai University
• Principal Investigator: 呉 南健 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助手 (00250481)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 赤澤 正道 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (30212400) ; 雨宮 好仁 北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (80250489)
• Keywords: セリオートマトン / トンネル接合 / 電気化学 / 単位セル / 量子

Research Abstract

微小トンネル接合を利用した量子セルオートマトンデバイスの最適構造を設計した。また、実現の可能な量子セルオートマトンデバイスの入出力方法を検討した。さらに、量子セルオートマトンデバイスの試作を行った。以下に本研究で得られた成果の概要を記す。
1)微小トンネル接合を利用した量子セルオートマトンデバイスの最適構造を設計した。デバイスの単位セルは四つの半導体島と四つの絶縁膜微小トンネル接合から構成される。半導体島は微小トンネル接合により結合される。半導体島の誘電率を絶縁膜トンネル接合の誘電率より10倍以上大きくとる。また、隣接単位セルの局所結合は容量接合によって実現される。
2)SET-CAデバイスの信号入出力方法を検討した。デバイスの入力単位セルには容量を介して差動電圧電源をつなぐ。単位セルに差動電圧を加えって、入力単位セルの過剰電子を分極させる。また、差動電圧電源の極性を変えることによって入力単位セルの分極をスイッチングすることができる。最後に、出力端単位セルの分極を検出するために、電位変化に敏感なTucher形単電子インバータ-型の分極検出回路を設計した。
3)半導体島の材料とトンネル接合の材料の候補として誘電率の大きい半導体材料TiO_2、PbTe、Siと誘電率の小さいトンネル接合材料SiOF、SiO_2、Si_3N_4、Al_2O_3、空気ギャプがあることがわかった。
4)電気化学プロセスとSTM原子レベル微細加工技術を組み合わせてデバイスの試作を行った。金属TiをTiO_2に酸化させることに成功した。

Research Products

• [Publications] Nan-Jian Wu et.al: "Cellular-Automaton Circuits Using Single-eleetron- tunneling Junctions" Jpn.J.Appl.Phys.36. 2621-2627 (1997)
• [Publications] Akazawa.M.: "Annealing method for operating quantum-cellular-automaton systems" J.Appl.Phys.82. 5176-5184 (1997)
• [Publications] Nan-Jian Wu et.al: "Quantum cellular Automaton Device Using the ingae charge Effect" Jpn.J.Appl.Phys.37(印刷中). (1998)