2019 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 | ドーパント / フォノン / シリコン / エネルギー散逸 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
半導体中のドーパント原子は、単一電荷の捕獲が可能であり、このため量子ドットとして機能する。このようなドーパント量子ドットは（人工量子ドットにはない）特有の自由度：格子振動を有する。本研究の目的は、シリコンをベースとして、上述のドーパント原子と格子系との強結合を利用することにより、局在フォノンと伝搬フォノンの生成、伝送、消滅の電気的制御を実証することにある。またこれにより、革新的な低消費電力情報処理技術創生に向けた新たな道標を示すことにある。
前年度、電子流体効果をシリコンにおいてはじめて観測し、フォノンによるエネルギー散逸を避けて電流増幅が可能であることを示した（Nat. Commun., 2018）ことを受け、当該年度においては、その性能の律速要因を明らかにした（SNW., 2019）。具体的には、電子流体効果が、電流経路における摩擦（抵抗）により律速されていることを明らかにした。この結果は、本来、電子の流れの中で熱として散逸するエネルギーを電子―電子散乱を用いて他の電子に移送することにより、電流増幅を実現するというものであり、電子―格子系エネルギー変換において、電子―電子散乱が本質的に重要な役割を担っていることを示しており、ドーパントからのフォノン放出、ドーパントを用いたフォノン吸収を観測するうえで、重要な知見を与えている。
加えて、高濃度ドーピングしたナノスケールpn接合の低温測定を行い、フォノンによる構造とともに、ドーパントクラスターに起因するクーロンブロッケード特性を観測した（APL., 2019）。また、あらたにシリコンのナノデバイスにおいて、弾道電子の直接観測に成功した（発表準備中）。
以上の結果は、将来、シリコン・ナノデバイスにおけるフォノンによるエネルギー散逸の本質的な制御を実現するうえで、重要な手掛かりを与えるものである。
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| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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