2010 Fiscal Year Annual Research Report
少数ドーパントのポテンシャル揺らぎを利用したシリコン単電子転送デバイス
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20246060
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
田部 道晴 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (80262799)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
池田 浩也 静岡大学, 電子工学研究所, 准教授 (00262882)
猪川 洋 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (50393757)
佐藤 弘明 静岡大学, 電子工学研究所, 助教 (00380113)
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| Keywords | 少数電子素子 / 電子デバイス・機器 / 半導体超微細化 / シリコン |
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| Research Abstract |
ナノメータ領域のシリコンデバイスは、ドーパントの個数や配置のばらつきがデバイス特性を左右するため、これを克服するデバイス原理の提案が必要である。本研究は、ランダムに配置された少数個のドーパントのポテンシャル場を利用することにより、1ゲートパルスあたり1個の電子を転送する単電子転送デバイスの開発を目指すものである。昨年度は、上記目的に向けて以下の成果を得た。
(1) チャネルパターンをワイヤ状とディスク形状に加工し、多数のリンドナーが作るポテンシャルとデバイス特性の関連を調べた。その結果、チャネル長が短くディスク型であると1個のドナーで特性が決まることを統計的に見出した。
(2) BとPの共存系の予備実験としてナノワイヤ状pn接合を作製し、ワイヤ径が小さいと室温でもBとPの共存系であるpn接合領域の性質によりランダムテレグラフノイズが現れることを見出し、デバイス動作温度の高温化へのワンステップとなった。さらに第一原理計算に基づいて安定配置の理論的検討を行った。単一リンおよびボロン原子を有する直径1nm・長さ2nm(<110>方向)のシリコンナノロッド(表面は水素終端)を金ナノ電極(111)で挟んだ素子構造を用いた。ロッド側面からシリコン1原子層内側の位置が安定位置であることがわかった。
(3) 極低温KFMにより、チャネル内ポテンシャル分布と単電子伝導特性との関連をさらに詳しく調べ、バックゲートバイアスを正に印加するにつれてドナーポテンシャル井戸がステップ関数的に埋まっていくようすを統計的に明らかにした。
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