2000 Fiscal Year Annual Research Report
量子コンピューティング実現に向けた化合物半導体基本量子論理ゲートの開発
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12750286
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
葛西 誠也 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助手 (30312383)
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| Keywords | 量子コンピューティング / 化合物半導体 / 量子デバイス / 単電子デバイス / 論理回路 / 二分決定グラフ / 単電子インバータ / 結合量子細線 |
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| Research Abstract |
本研究の目的は、化合物半導体を用いた量子論理ゲートの要素技術開発および基本ゲートの試作・評価である。平成12年度の研究成果は、次の通りである。
1.固体ベースの量子論理ゲートの基本ユニットとなる、結合2重量子細線トランジスタについて、AlGaAs/GaAs結合量子井戸のエッチング細線の両側面にショットキーゲートを設けた新たな構造を提案し、試作を行った。平均自由行程内で電子波スイッチング可能な大きな細線間結合エネルギーを持つ素子を実現し、磁気抵抗評価により電子波結合状態のゲート制御が可能であることを示した。
2.GaAs系ショットキーラップゲート(WPG)単電子トランジスタに関する研究を進め、単電子操作量子論理ゲートに対応するよう構造最適化を図ると共に、抵抗負荷形単電子インバータを試作し、伝達利得1.3を実現した。また、コンダクタンス振動位置のゲート制御を実現し、これを用いた相補形単電子インバータを試作、動作実証した。
3.より現実的な量子アーキテクチャとして、単電子二分決定グラフ(BDD)の可能性を検討した。単電子BDDの実現に向け、GaAsWPG構造を適用し基本素子となる節点デバイスの設計・試作を行い、単電子スイッチング動作を実現すると共に、BDDOR論理回路を試作し、動作実証した。さらに、WPG BDD回路が高温でも動作することを世界で初めて実証し、量子論理回路の新たな方向性を示した。
4.デバイス設計のために、ナノショットキーゲート特性に関し解析を進め、ナノサイズショットキーゲートでは、ポテンシャル制御性がゲートサイズに強く依存し、これがゲート周辺の表面フェルミ準位ピンニングの影響によることを理論的・実験的に明らかにした。さらに、計算機シミュレーションによる素子構造設計・最適化手法について研究を進め、電圧利得>1となる単電子素子設計指針を示した。
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[Publications] S.Kasai: "GaAs Quantum Wire Transistors and Single Electron Transistors using Schottky Wrap Gates for Quantum Integrated Circuits"Inst.Phys.Conf.Ser.. 166. 219-222 (2000)
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[Publications] M.Iyawa: "Chemical and Electrochemical Nanofabrication Processes for Schottky In-Plane Gate GaAs Single and Coupled Quantum Wire Transistors"Jpn.J.Appl.Phys.. 39. 4651-4652 (2000)
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[Publications] T.Sato: "Electrical Properties of Nanometer-Sized Schottky Contacts on n-GaAs and n-InP Formed by in Situ Electrochemical Process"Jpn.J.Appl.Phys.. 39. 4609-4615 (2000)
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[Publications] S.Kasai: "Conductance Gap Anomaly in Scanning Tunneling Spectra of MBE-Grown (001) Surfaces of III-V Compound Semiconductors"Applied Surface Science. (in press). (2001)
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[Publications] T.Sato: "Current Transport and Capacitance-Voltage Characteristics of GaAs and InP Nanometer-Sized Schottky Contacts Formed by in situ Electrochemical Process"Applied Surface Science. (in press). (2001)
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[Publications] S.Kasai: "GaAs-Based Single Electron Transistors and Logic Inverters Utilizing Schottky Wrap-Gate Controlled Quantum Wires and Dots"Japanese Journal of Applied Physics. 40(in press). (2001)
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[Publications] T.Sato: "Electrical Properties of Nanometer-Sized Schottky Contacts for Gate Control of III-V Single Electron Devices and Quantum Devices"Japanese Journal of Applied Physics. 40(in press). (2001)
