2016 Fiscal Year Annual Research Report
Single phonon control by dopant atoms in silicon
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16H02339
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
小野 行徳 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (80374073)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
堀 匡寛 静岡大学, 電子工学研究所, 講師 (50643269)
Moraru Daniel 静岡大学, 電子工学研究所, 准教授 (60549715)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 単一フォノン / 単一ドーパント / シリコン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、以下に示す二つの計画を行った。
計画１： 高分解能非弾性トンネル分光法の開発
シリコンをベースとした非弾性トンネル分光の歴史は古く、エサキダイオードやMOSトンネルダイオードを用いて、光学、音響フォノンやボロンの局在振動の観測が既に行われている。ここでは、SOI（silicon on insulator）基板上のナノスケール・エサキダイオードを用いて、類似の非弾性トンネル分光測定を試みた。現在解析を進めている。また、0.3Kまで冷却可能な冷凍機とそれに付随する電気計測系を立ち上げ、ＤＣノイズが10fA程度の低雑音系を立ち上げた。今後、同装置を用いて、詳細計測、および詳細解析を行う。
計画２： 単一局在フォノンの観測手法の確立
この計画では、単一のボロン原子を有するトランジスタを用いる。ここで用いるデバイスは、微細ゲート上に大きなゲートを有する２層ゲート構造となっている。このため、上層ゲートへの電圧印加により微細下層ゲート近傍のシリコン細線がリード電極として働き、ボロン原子を量子ドットとする単電子トランジスタとして動作する。ここでは、クーロンダイアモンドプロットと呼ばれる単電子トランジスタのスタビリティーチャート上で、電流の２階微分を詳細に解析する。現在、計画1で導入した極低温系を用いた測定を開始している。
一方、単一フォノンの計測手法として、新たにホットエレクトロントランジスタを用いる手法を考案し、その基礎検討を行った。同トランジスタを用いて、６Ｋでインパクトイオン化に伴う単一正孔の検出に成功した。今後、フォノンとの関連を調べていく。また、スピンとフォノンとの関係を調べるために、新たにCP-EDMR（Charge pumping electrically detected magnetic resonance）法を立ち上げ、基本動作を確認した。現在、低温下に向けた検討を行っている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度の最重要課題であった、冷凍機の導入と立ち上げが問題なく進行し、予想以上の低雑音耐性を実現している。基礎検討も順調に進行している。基礎検討ではあるが、これらの結果を学術論文5本、国際会議7件にまとめている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度の進捗を踏まえ、以下の３点について重点的に研究を推進する。
まず第一に、今年度導入した0.3Kプローバを用いて、ナノスケールエサキダイオード、およびシングルドーパント（ボロン）トランジスタの電気的特性を詳細解析し、フォノン放出にともなう構造を観測し、フォノンの同定、および緩和時間等の抽出を試みる。
第二に、今年度新たに検討を開始したホットエレクトロン構造を用いて、インパクトイオン化とフォノンとの相関を調べていく。また、トランジスタ電流のエネルギー分光を試みるとともに、単一フォノン放出の観測を試みる。
第三に、今年度新たに立ち上げたCP-EDMR法を基軸として、スピン緩和を通したフォノン情報の抽出法を検討する。
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