2017 Fiscal Year Research-status Report
金属短針電流雑音誘起機構による半導体単一電子トラップ検出と評価
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16K14240
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
葛西 誠也 北海道大学, 量子集積エレクトロニクス研究センター, 教授 (30312383)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 半導体物性 / 単一電子トラップ / 走査プローブ / 容量結合 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
半導体中の電子トラップは各種半導体デバイスの不安定性、寿命、雑音など、多くの信頼性劣化要因となっている。本質的な信頼性改善にはここのトラップの位置と性質を制御する必要がある。しかしながらここのトラップを捉えて素子に与える影響を直接的に知る手段はまだ存在しないため、これを可能にする計測手法が望まれている。以上の背景のもと、本研究の目的は、独自に見出した金属短針と半導体表面の微小領域容量結合による雑音誘起メカニズムと高い空間分解能をもつ走査プローブ顕微鏡技術を組み合わせた新規計測系を確立し、単一電子トラップを評価する手法を開拓することである。
平成２９年度研究実績は、①単一トラップ物性を知るための重要なツールとして、熊本大学谷田部然治助教との共同研究により雑音スペクトルからトラップ充放電時定数分布をフィッティングに頼らずに解析的に導き出す強力な雑音解析方法を確立した。②短針空間スキャンための基礎データとして、トラップの影響がない場合のナノワイヤ電流の短針位置依存性に関する情報を得た。③本研究の検出技術を単一分子電荷ダイナミクス検出へ応用する検討を開始し、また大阪大学赤井恵助教との共同研究によりカーボンナノチューブを用いた分子単一電荷充放電を観測し、充放電時定数と分子内電子準位との対応があり、雑音解析により分子種を同定する可能性が得られた。また半導体ナノワイヤFETをもちいてポリリン酸（POM）分子の電荷状態を測定した。単一分子で多段の酸化還元を起こすことで知られているが、本測定においてもそれに符合する単一分子から多段の電荷充放電にもとづく電流雑音が観測された。
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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
ナノワイヤ電流雑音スペクトルからトラップ充放電時定数分布を解析的に導き出す画期的雑音解析方法の確立、分子分散ナノワイヤの電流雑音解析から分子の電子準位に関する情報取得の可能性を明らかにするなど、本研究の目標達成および今後の応用において非常に有益な成果が複数得られた。一方、半導体ナノワイヤの単一トラップ測定における再現性の問題が明らかになり、測定系自体の雑音が少ない初期状態の実現など再現性の確保に予定以上の時間を要した。以上を勘案し概ね順調に進展していると評価する。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成３０年度の研究推進方策は、半導体ナノワイヤの単一トラップ測定における再現性を確保した上で、ナノワイヤ電流雑音の測定位置依存性評価解析を可能にする。再現性の問題は実験室を含めた計測系の雑音が変動することに由来しており、雑音源を突き止めてコントロールする。また、本研究の計測系を単一分子のダイナミック電荷評価に応用し、多段参加還元を行うポリリン酸（POM）分子の電荷計測と解析を試みる。
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| Causes of Carryover |
差額は、計測に関する研究の一部に遅れが生じ予定の物品購入、及び、成果発表のための旅費支弁ができなかっため生じた。
差額は翌年度に繰越し、計測用備品の購入および成果発表のための旅費に利用する計画である。
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