2010 Fiscal Year Annual Research Report
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22310062
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| Research Institution | NTT Basic Research Laboratories |
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Principal Investigator |
影島 博之 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子電子物性研究部, 主任研究員 (70374072)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小野 行徳 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子電子物性研究部, 主幹研究員 (80374073)
藤原 聡 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子電子物性研究部, 主幹研究員 (70393759)
登坂 仁一郎 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子電子物性研究部, 研究員 (30515573)
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| Keywords | ナノ構造 / IV族半導体 / 誘電率 / 不純物準位 / 第一原理計算 / ELスペクトル / シュタルク効果 |
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| Research Abstract |
今期はIV族半導体のナノ構造化による誘電率制御の指針を得る基礎固めを目的として、理論、実験の両面から検討を行った。
まず理論面では、Si(100)ナノ薄膜をプロトタイプとして、帯電した状況の電子状態を第一原理から計算した結果と光学誘電率の第一原理計算の結果を用い、両者の比較・検討から誘電率変化の詳細機構の確認を行った。光学誘電率にも顕著なサイズ依存性が現れること、帯電によって決定される薄膜の誘電率が光学誘電率より小さいこと、からナノ構造表面での誘電率減少効果の他、帯電時にはナノ構造中心部での誘電率減少効果が発生することを確認した。
また、誘電率制御のためにナノ構造形成制御が重要であることから、SiC上グラフェンをプロトタイプとして、島状グラフェンの形成機構を第一原理計算を用いて検討。1層グラフェンがただつながっているだけなのに、下地の変調により島として機能することを、その電子状態を確認することによって明らかにした。また、その島がジグザグ端構造を持つと、外部からの電界によって磁気を制御できる特殊な電子状態を有すことを明らかにした。
一方、実験面では、SOI基板を利用して10nmと25nmの膜厚を持つSi(100)薄膜へのトンネル電流注入による発光スペクトル(ELスペクトル)の分析を行い、外部からのゲート電界印加(シュタルク効果)により、Si薄膜中の量子閉じ込め準位からの発光スペクトルとP不純物起源の発光スペクトルの分離観測に成功した。誘電率は、量子閉じ込め準位や不純物準位のエネルギー位置の詳細に影響を与えるため、この技術を用いることで、半導体ナノ構造中の誘電率を直接評価できる可能性が明らかとなった。特に不純物はナノ構造中に局在するため、局所的な誘電率を評価できる可能性もあり、注目に値することも明らかとなった。
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