2016 Fiscal Year Research-status Report
量子効果に基づく世界最高水準の高抵抗精密測定技術の開発
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16K17537
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
大江 武彦 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 物理計測標準研究部門, 主任研究員 (30443170)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 量子ホール効果 / 量子ホールアレー素子 / 直流抵抗標準 / 高抵抗精密測定 / GaAs/AlGaAsヘテロ構造 / 極低温電流比較器 / 二次元電子系 / HEMT |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、量子ホールアレー素子の作製、およびそれを基準とした高抵抗の精密測定の不確かさ低減である。高抵抗の標準抵抗器は、経年変化や温度依存性、電圧依存性が大きく、そのためそれらを基準として行う測定の不確かさもおのずと大きくなる。そこで、量子ホール素子を直並列に組み合わせたアレー素子で高抵抗の量子化抵抗値を実現することで、高抵抗を精密に測定することを目的としている。
平成28年度は、主に1 MΩの量子ホールアレー素子の開発に携わった。8 mm角のGaAs/AlGaAs基板の上にホールバーを88個直並列に組み合わせた素子を作製し、1 MΩ（i=2）や、500 kΩ（i=4）の量子化抵抗プラトーが得られることを確認した。量子ホールアレー素子においては、その内部に集積化されているすべてのホール素子が2次元電子系への良いオーミックコンタクトを持つ必要がある。コンタクト抵抗の歩留まりを確認するため、集積化された素子と同様のサイズのホール素子を作製し、0.5 Kの低温化でコンタクト抵抗の測定を行った。結果、100 %の歩留まりが得られていることを確認し、作製したアレー素子の信頼性を裏付けた。他にも、素子内部の配線抵抗や絶縁抵抗、及び量子崩壊電流特性が量子化抵抗値に影響しないレベルであることを確認した。また、1 MΩ量子ホールアレー素子の量子化抵抗値を室温の高抵抗ブリッジで確認し、7桁のオーダーで公称値（999999.966 Ω）に整合していることを確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
10 MΩの量子ホールアレー素子の検討及び開発に平成28年度中に着手する予定であったが、共用のクリーンルームの装置の置き換えや部屋の引っ越し作業等で作業が中断され、遅れが生じた。平成29年度6月頃には装置の置き換えが終了する予定ではあるものの、素子作製の条件出しを再度行う必要があり、さらに遅れが生じる見込みである。
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| Strategy for Future Research Activity |
作製した量子ホールアレー素子の量子化抵抗値を精密に評価する上で、高抵抗を測定可能な極低温電流比較器のシステムを作製する必要がある。今年度はその設計・製作を進める。また、共用のクリーンルームの装置置き換え終了後、素子作製の条件出しを行い、10 MΩアレー素子の実現可能性に関する検討を進める。
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| Causes of Carryover |
初年度の支出予定は、機械式冷凍機の改造費用が主であったが、機械式冷凍機の冷却能力の劣化が改善できなかったために、改造が無駄になる可能性を考慮し、次年度に予定していた超伝導巻き線やコネクタ等の消耗品に支出した。そのため差額が生じ、次年度使用額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
機械式冷凍機の冷却能力の回復がうまくいくようであれば再度改造計画を進める。しかしながら極低温環境は他の冷凍機でも得られるため、主にはアレー素子の開発のための共用施設利用料や、極低温電流比較器システム構築のための電子部品やバッテリー等の消耗品の支出に用いる計画である。
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[Presentation] QHE standards of resistance in NMIJ2016
Author(s)
Takehiko Oe
Organizer
QM 2016 - 5th International Conference on Quantum Metrology
Place of Presentation
Poznan University of Technology (PUT), Poznan, POLAND
Year and Date
2016-05-11 – 2016-05-13
Int'l Joint Research / Invited
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