2015 Fiscal Year Annual Research Report
ナノシリコンドット・ナノワイヤの配列制御によるネオシリコン量子情報処理素子の創製
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26249048
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
小田 俊理 東京工業大学, 量子ナノエレクトロニクス研究センター, 教授 (50126314)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小寺 哲夫 東京工業大学, 理工学研究科, 准教授 (00466856)
河野 行雄 東京工業大学, 量子ナノエレクトロニクス研究センター, 准教授 (90334250)
川那子 高暢 東京工業大学, 量子ナノエレクトロニクス研究センター, 助教 (30726633)
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| Project Period (FY) |
2014-06-27 – 2017-03-31
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| Keywords | シリコン量子ドット / ナノ結晶シリコン / Ge/Siコアシェルナノワイヤ / 熱電素子 / 量子ビット / スピンブロッケード / 正孔スピン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ナノシリコン量子ドット、ナノワイヤの作製、評価および量子情報デバイスの集積化を目指す研究ならびにテラヘルツセンサの高度化に関する研究を行い、以下の成果を得た
(1)VHFCVD法によるナノ結晶シリコンの3次元集積化技術を検討し、ディップコーティング法に電気泳動技術を組みあわせて3次元稠密集積化を実現した。ディップコーティング法において課題であったストライプ構造の形成要因をメニスカス部へのナノ結晶シリコン供給欠乏と解析し、電気泳動による安定供給を図った。電気泳動電圧、分散液濃度などのパラメーターを変化させて最適化を行い、ストライプフリーの3次元集積構造の作製に成功した。
(2)Ge/Siコアシェルナノワイヤの結晶成長条件を検討し、２ステップ成長法により触媒金粒子のマイグレーションを抑制し、ナノツリー構造形成の問題を解決した。この材料をトランジスタおよび熱電素子に応用した。ナノワイヤ径と電気伝導度の関係を調べてナノワイヤ径が縮小すると電気伝導度が増加する事を見いだした。熱電素子の性能指数は従来のBiTe系に匹敵する0.6を達成した。
(3)スピンベース多重集積量子ビットへの応用を目指して、SOI基板上に電子ビーム露光で作製した多重量子ドット集積構造の電子輸送特性を評価した。量子ドット内の少数電子制御に成功した。正孔輸送についても電荷センサを集積したデバイスを作製し、少数正孔領域において良好な電荷安定状態図を観測することが出来た。さらにスピンブロッケードの観測に成功した。また磁場依存特性の観測を行い、正孔スピン操作への足がかりを得た。SOI素子の6nmまでの超薄膜化構造により、帯電エネルギー30meVを観測し、高温動作への道を拓いた。
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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
ナノ結晶シリコンの3次元集積化、Ge/Siコアシェルナノワイヤの形成および熱電素子特性評価、ナノシリコン量子ドット量子情報処理デバイスの研究はほぼ順調に進んでいる。高周波電気測定の装置も立ち上げが済んでおり、予定通りの成果を上げることが可能な見込みである。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1)3次元集積構造ナノ結晶シリコンの電気特性評価を行う。粒径依存性、表面酸化膜厚さを制御して粒子間隔依存性を測定し、ナノ結晶シリコン粒子の電子輸送モデルを構築する。
(2)Ge/Siコアシェルナノワイヤの微細化による熱電素子特性の性能指数向上。微細化により、電気伝導度が向上することを観測している。さらなる微細化により量子効果を観測してゼーベック係数の飛躍的向上を期待する。直径3nmまでの極微細ナノワイヤの形成には成功している。Ge/Siコアシェルナノワイヤで何処まで微細化が可能であるか、また微細ナノワイヤを電子ビーム露光装置内で観測して熱電素子を形成できるかどうかが鍵である。
(3)スピン制御による量子ビットの実現。髙周波測定により、コヒーレンス時間の観測を行う。磁場勾配を設けてスピン操作を行う。さらに3重量子ドット構造により電界効果による交換相互作用の変化を利用したスピン操作の可能性を検討する。
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