Development of high-speed electron-lattice energy-conversion method for future electronics

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K20289
• Project/Area Number (Other): 17H06211 (2017-2019)
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2020); Single-year Grants (2017-2019)
• Research Field: Electrical and electronic engineering and related fields
• Research Institution: Shizuoka University
• Principal Investigator: ONO YUKINORI 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (80374073)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): Moraru Daniel 静岡大学, 電子工学研究所, 准教授 (60549715)
• Project Period (FY): 2017-06-30 – 2022-03-31
• Keywords: トランジスタ / シリコン / エネルギー消費 / 電子・電子散乱 / フォノン

Outline of Final Research Achievements

Current enhancement due to the electron-electron scattering is observed in nanometer-scaled silicon transistors with three current terminals. This demonstrates that it is possible to enhance the input current by electron-electron scattering taking place within the time period of pico-seconds, avoiding unwanted electro-phonon scattering in the channel and/or at the drain terminal. We also showed that the metal insulator transition can be gate-controlled in silicon-on-insulator MOS two-dimensional electron gases. In addition, we observed phonon emission and the zero-bias anomaly caused by the Coulomb gap in silicon Esaki tunnel diodes.

Free Research Field

シリコンをベース材料としたナノエレクトロニクス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

電子デバイスのエネルギー消費を低減するためには、電子系から格子系へのエネルギー散逸機構を調べこの散逸を回避することが重要となる。本課題では、電子・フォノン相互作用によるフォノン放出を調べるための基盤技術を確立するとともに、電子・フォノン散乱と競合する電子・電子散乱について詳細検討を行った。その結果、電子・電子散乱を有効に働かせることにより、電子・フォノン散乱を避けて付加的な電源電圧なしに入力電流を増幅できることを示した。これらの成果は、新たな低消費電力トランジスタの開発に道を開くものである。