2018 Fiscal Year Annual Research Report
Quantum-dot devices in silicon-based tunnel field-effect transistors
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16H03900
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
森山 悟士 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 主任研究員 (00415324)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 量子ドット / トンネルトランジスタ / 電子スピン共鳴 / スピン・ブロッケード / 量子ビット / 量子コンピュータ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究ではシリコン集積化技術を用いて作成されたトンネル電界効果トランジスタ(TFET)において，イオン注入により形成された準位を介した単一電子輸送現象，単一電子ダイナミクスを調べ，量子準位の物性解明とその量子ドットデバイス応用の可能性を探究する。本年度は直列2重結合量子ドット特性を示すTFET素子の量子ダイナミクスおよび量子ビット動作実験を行った。
実験では素子作製プロセス工程においてAlおよびNがチャネル中にイオン注入されたTFET素子を作製し，その中で共鳴トンネル現象およびスピン・ブロッケード現象が観測された直列2重結合量子ドット型の特性を示す素子に着目した。電子輸送の解析から，2つの量子ドットのうち，一つは深い閉じ込めを持つ量子準位，もう一つは浅い閉じ込めを持つ量子準位から形成されていることがわかり，深い閉じ込めを持つ量子ドットは室温(300 K)まで単一電子トランジスタとして動作することを確認した。またマイクロ波照射による量子ドット中の単一電子（スピン）とマイクロ波光子の結合を試み，12 Kまでの単一電子スピン共鳴の観測，さらに量子ビット動作として単一電子スピンのラビ振動を10 Kまで観測することに成功した。単一電子スピン状態とその制御が10 K付近までの温度が限界となっているのは，直列2重結合量子ドットを形成している量子ドットの一つが浅い閉じ込めを持つ量子準位であるため，この量子ドットの動作温度が律速になっていると考えられる。これらの成果は，シリコンTFETが単一電子トランジスタやスピン量子ビット素子などの量子ドットデバイスとして応用できることを示したものである。
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| Research Progress Status |
平成30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 |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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