2008 Fiscal Year Annual Research Report
ネオシリコンの集積配列制御と量子情報デバイスの試作
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19206035
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
小田 俊理 Tokyo Institute of Technology, 量子ナノエレクトロニクス研究センター, 教授 (50126314)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
水田 博 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 連携教授 (90372458)
内田 建 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 准教授 (30446900)
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| Keywords | ナノ結晶シリコン / LB膜法 / 分散溶液 / 量子情報デバイス / 3重nc-Si量子ドット / 微小電荷検出 |
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| Research Abstract |
ナノ結晶シリコン(以下nc-Si)形成条件を詳細に検討して、VHFプラズマパワーを最適化することにより、粒径5nmのnc-Siを実現できた。ナノ結晶に不純物(りん)ドーピングを行い、nc-Si表面の酸化膜形成速度が増加すること、磁気共鳴の超微細構造分裂幅から、りんがnc-Si中のシリコン原子を置換していることを明らかにした。Siナノワイヤに加えてGeナノワイヤも低温で形成できることを明らかにして、表面を窒素ラジカルで処理することにより水溶性で不安定な酸化膜形成を防止できることが分かった。nc-Siの2次元集積配列技術に関しては、シランカップリング剤の表面修飾条件を最適化して、従来の5μm四方から10mm四方へと飛躍的に大面積化を実現した。
ネオシリコン量子情報素子の作製と電子輸送評価に関しては、多重結合量子ドットを形成して、低温での電気測定結果と等価回路シミュレーションの比較検討を行った。その結果、3重結合量子ドットが実現できていることを世界で初めて観測した。これは、量子情報デバイスにおいて極めて重要なステップである。さらに量子ドットの制御性を向上するため、不純物ドーピング領域を制限して、トップゲート構造による2次元反転電荷を利用する事により、ポテンシャル揺らぎによる偶発的な量子ドットの形成を抑制する新しいデバイス構造を設計し、プロセスを検討したところ、良好なデバイス作製に成功した。
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