2012 Fiscal Year Research-status Report
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24656023
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
森山 悟士 独立行政法人物質・材料研究機構, その他部局等, 研究員 (00415324)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2014-03-31
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| Keywords | グラフェン / 量子ドット / ディラック電子系 |
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| Research Abstract |
グラフェン2次元電子系を直接微細加工することによってナノ構造を作製し, 単電子トランジスタ等, 量子デバイスの動作実証を行う研究は, 世界的に活発に進められており, 既に基本的な単一電子輸送現象の測定は, 我々も含め極低温環境で実現されている。従来のトップダウンプロセスによる微細加工を行うことによって, 2次元的に広がったシート構造の特徴を大いに活かすことができるという反面, 作製できる微小構造のサイズは最先端の加工技術をもってしてもナノメートルオーダーが限界となり, これがナノデバイスの動作を律速していることが近年わかってきた。加工されたグラフェンの境界の端は原子レベルでは平坦ではなく, 数十個のカーボン原子のスケールで端の状態はゆらいでいることになる。この構造的な揺らぎがグラフェンの線形なバンド構造を変調, さらにはトンネルバリアのポテンシャルの揺らぎと散乱を生じさせるため, ディラック電子系としての特徴を失ってしまうことが実験的に明らかになってきている。そこで本研究では, 新しいグラフェン量子ナノ構造と磁場の制御を駆使することによって, ディラック電子系を保持したまま電子を微小構造に閉じ込め, 電子輸送を制御する「単一ディラック粒子制御素子」を開発することを目指す。研究初年度である本年は, 試料構造を作製し, そのナノ構造のサイズ, 電極間隔, トンネルバリア層の形成等の最適化を行った。特にトンネルバリア層の形成に新しいプロセス導入した。これは原子層堆積装置(Atomic Layer Deposition: ALD)を用いてアルミナ薄膜を蒸着することによって作製を行い, ALD 成膜条件の確立と膜厚－トンネル抵抗の相関を調べ, 低温での電子輸送測定から, トンネルバリア層の膜厚制御によるトンネル抵抗の変化を確認することに成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の研究計画通り, 本年度は現在のデバイスにトンネルバリア層を導入する新しいプロセスを開発し, 低温での電子輸送特性から, トンネルバリアとしての機能発現を確認することができた。また一方で, グラフェンのキャリア移動度等の特性を劇的に上昇させることができる架橋構造素子の作製も成功しおり, おおむね順調に研究は進展している。しかし, これらを融合したトンネルバリア層をもった架橋構造素子を作製するには至っていない。それは架橋構造を作製するために酸化膜基板をエッチングする際にトンネルバリア層が破壊されてしまうことが原因である。今後, トンネルバリア層の材料の選択や, 架橋構造を作るプロセスを変更するなどして, 最適化を行う必要がある。
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| Strategy for Future Research Activity |
新構造素子による磁場誘起量子閉じ込め現象および単一電子輸送の観測, またそれをフィードバックしたデバイス構造の最適化を行う。また, この新しいトランジスタ構造は接合する金属材料を変更することが容易である。したがって, 強磁性電極や超伝導電極と単一ディラック粒子系の接合という新しい量子系を実験的に実現し, 新しい研究分野を切り拓いていきたいと考えている。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
該当なし。
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