2018 Fiscal Year Annual Research Report
完全な高抵抗量子化ホール抵抗による世界最高精度の微小電流測定技術の確立
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18H01885
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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, 計量標準総合センター, 主任研究員 (30443170)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 量子ホール効果 / 直流抵抗標準 / GaAs/AlGaAs / 二次元電子系 / 微小電流 / 高抵抗精密測定 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
現在直流抵抗の標準の実現には量子ホール効果が用いられており、GaAs/AlGaAsヘテロ接合の二次元電子系を用いた量子ホール素子を極低温・強磁場下に置くことにより、12906 Ωの量子化抵抗値を得ることができる。それらの量子ホール素子は、直並列に接続することによって任意の量子化抵抗値を得ることが可能である。これにより、例えば高抵抗の量子化抵抗を実現することによって、高抵抗の測定不確かさの低減につなげることができると期待できる。高抵抗、微小電流の高精度測定は学術的にも産業面でも重要であり、遂行するための十分な意義を有しているといえる。
しかしながら、二次元電子系にコンタクトをとるすべての電極は低抵抗のオーミック特性を極低温にて備えている必要があり、そのような素子を歩留まり良く作製することは容易ではない。これまでの研究により、望ましいコンタクト抵抗を備えた量子ホール素子を高い歩留まりで作製するための条件を概ね得た。
今年度は、量子ホール素子を直列に775個接続し、公称値がほぼ10 MΩとなる量子ホールアレー素子を作製した。ほかにも1 MΩ素子や、10個ホールバーを直列に接続した129 kΩ素子などを作製した。また、10個の直列接続した個々のホールバーの特性を測定するための極低温プローバシステムの設計・発注等を行い、測定システム構築に向けた準備を進めた。今後、それら量子ホールアレー素子の評価や、測定システムの構築を進める予定である。
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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
今年度は、公称値が10 MΩ、1 MΩとなる量子ホールアレー素子を作製した他、10個のホールバーを直列に接続した129 kΩ素子などを作製した。室温ですべてのホールバーがオーミックな特性を示すことを確認した。また、10個の直列接続した個々のホールバーの特性測定に向けて、極低温プローバシステムの設計・発注等を行い、測定システム構築の準備を進めた。システム構築のための材料はおおむね揃いつつあり、経過はおおむね順調である。
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| Strategy for Future Research Activity |
極低温プローバシステムの構築を進めるとともに、作製した量子ホールアレー素子の特性測定を行う。量子ホールアレー素子に関して、二端子極低温電流比較器を用いて精密測定を行い、その量子化の度合いを評価する。将来的には、極低温プローバシステムを用いて10個直列に接続した素子の評価を行い、単一のホールバーと組み合わせることで10:1の量子化抵抗比を実現し、それを用いて例えば 10MΩと 1 MΩの比を測定することによって高抵抗量子ホールアレー素子の評価を行う予定である。
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