2012 Fiscal Year Annual Research Report
アモルファス合金の常温電界効果型トランジスターの開発研究
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23310070
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| Research Institution | Research Institute for Electromagnetic Materials |
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Principal Investigator |
福原 幹夫 公益財団法人電磁材料研究所, その他部局等, 研究員 (30400401)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤間 信久 静岡大学, 工学部, 教授 (30219042)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2014-03-31
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| Keywords | アモルファス合金 / 電界効果型トランジスタ / 単電子トンネリング / クラスター / エレクトロニクス |
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| Research Abstract |
【研究目的】の「応募者らが最近発見した『常温電界効果型クーロン振動現象(Mod.Phys.Lett.(2010))』を体系化することで、半導体代替次世代の単電子トンネリングの実用化素子を開拓する」に対し、Ｈ２４年度の研究実施目標は【Ni-Nb-Zr-H系アモルファス合金の核磁気共鳴研究】と【ＧＡＦＥＴの磁気誘起クーロン効果検証】であった。 本年度は(Ni0.42Nb0.28Zr0.3)90H10アモルファス合金中のプロトンの動的挙動を直接的に観察するため、液体He温度から常温までの核スピン―格子緩和率、核スピン―スピン緩和率を計測し、プロトンは液体He温度から常温まで金属クラスターの間を拡散し、常温近傍からクラスター内のプロトンが動き始めることを突き止めた(Niki et al., J. Appl. Phys., 111, 124308 (2012))。またトンネリングの為の空孔のサイズと分布を明確にするため、陽電子消滅実験を行った。その結果、空孔のサイズは結晶金属中のものより小さく均一に分散していることが分かった(Fukuhara, Appl. Phys. Lett., 100, 093102 (2012))。次に、金線のソース、ドレイン電極をスポット溶接し、上部にAl2O3酸化物を20μm被覆させたアモルファス合金電界効果型トランジスタ（GAFET）を作成し、常温下-10～+10 mV範囲の直流バッテリー電源により～2T間を0.2 Tごとに変化させてId-Vg-B特性を計測した。その結果、0-10mV間及び1.2-1.7T間でクーロン振動とAB効果が重叠した常温ファノ効果が生じた。今までの報告ではAlGaAs/CaAsで30mKの極低温でしか得られなかったけれども、本研究結果は量子コンピュータへの道を拓く快挙である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究のテーマは半導体代替及び更なる機能発現の単電子トンネリング応用の常温電界型トランジスタの研究開発であり、しかも試料はほとんどエレクトロニクスの研究が行われていない水素含有Ni-Nb-Zr-H系アモルファス合金である。昨年度はリボン作成装置の周速度を10,000 rpm(105 m/s)に増大の上昇は各種エレクトロニクス特性の向上に重要な因子であることを報告した。本年度は極低温でしか報告されていないファノ効果が常温でも観察された。これらの現象の基になるアモルファス合金の空孔の大きさや分布を陽電子消滅実験で追及し、含有水素(プロトン）の役割や挙動を4 Kから常温までの核磁気共鳴実験で確認することができたからである。すなわちアモルファス合金中の空孔は従来の結晶合金より小さく細長く分布し、水素は崩れた20面体クラスター間とクラスター間のZrとNb原子近傍に偏在していることが判明した。換言すれば、サブナノメートルサイズのクラスターからなるドット間に1 fFの極微小キャパシタンスが存在す理想的な量子ドット回路が存在しているイメージが浮かぶ。水素含有したアモルファス合金こそ理想的な電界効果型トランジスタが作成できることを暗示している。
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| Strategy for Future Research Activity |
常温、1-2Tの磁場近傍でファノ効果が観察されたのであるが、更なる実験によりその再現性や、それに及ぼす諸条件を検討する必要がある。アモルファス度や水素固溶条件（温度、電解液等々）、表面状態等々の追加研究が必要である。時間的余裕があれば、【蓄電―放電効果検証】も行いたい。
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