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10ナノメートル級半導体量子箱の電子状態の解明とメモリー機能の探索

研究課題

研究課題/領域番号 09450136
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 電子デバイス・機器工学
研究機関東京大学

研究代表者

榊 裕之  東京大学, 生産技術研究所, 教授 (90013226)

研究分担者 野田 武司  東京大学, 先端技術研究センター, 助手 (90251462)
高橋 琢二  東京大学, 先端技術研究センター, 助教授 (20222086)
研究期間 (年度) 1997 – 1998
研究課題ステータス 完了 (1998年度)
配分額 *注記
9,100千円 (直接経費: 9,100千円)
1998年度: 3,700千円 (直接経費: 3,700千円)
1997年度: 5,400千円 (直接経費: 5,400千円)
キーワード10nm級InAs量子箱 / 自己形成 / 逆HEMT構造 / メモリー機能 / 光検出器 / 量子ポイントコンタクト / 共鳴トンネル構造 / 容量・電圧分光法 / 自己形成量子箱 / FET / 量子化コンダクタンス / ヒステリシス特性 / InAs量子箱 / 逆HEMT / 電子状態 / クーロン相互作用
研究概要

格子定数の整合しない(例えばGaAs)基板上に異種半導体(例えばInAs)を堆積させると、10nm級の量子箱が自己形成する。この量子箱を電子のトラップとして作用させ、電子の有無を1又は0の情報に対応させるメモリーの可能性の探索と10nm級半導体量子箱の電子状態の解明の研究を行った。量子箱をメモリー素子へ応用するために、GaAs/n-AlGaAsヘテロ接合の界面に伝導チャネルを設けた(逆)HEMT(高電子移動度トランジスタ)構造において、チャネルとゲートの間に自己形成InAs量子箱を導入した素子構造を作製した。この素子でゲート電圧を0.9V以上にすると、チャネルの電子が量子箱に流入して捕縛されるため、トランジスタの閾値電圧がΔVだけ正方向にシフトしてメモリー機能を有することを確認した。この特性の解析から、各量子箱に捕縛される電子は一個であることが分かった。その理由は荷電したInAs量子箱はクーロン電界の作用で、二個目の電子の流入を妨げるとともに、仮に二個目の電子が流入してもそのトンネル放出レートが高いために、元の状態に復帰することによる。さらに、電荷の書き込み(流入)と消去(流出)過程について考察し、障壁構造への依存性や光照射による制御の可能性を示した。また、この種のメモリー素子の動作を、量子ポイントコンタクト構造に適用する試みも行った。その結果、コンダクタンスとゲート電圧特性にヒステリシスの現れることを見出した。
10nm級のInAs量子箱をAlGaAs中に埋め込んだ構造で、フォトルミネッセンスおよび容量・電圧分光法によって電子状態の解明を試みた。その結果、電子の量子準位は母体となるAlGaAs中のアルミニウム組成を増すに伴い、約200meVまで上昇する。また、共鳴トンネル電流の磁場依存性から、量子箱中の波動関数についての知見を得た。

報告書

(3件)
  • 1998 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 1997 実績報告書
  • 研究成果

    (33件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (33件)

  • [文献書誌] G.Yusa: "MBE growth of novel GaAs/n-AlGaAs field effect transistor structures with embedded InAs quantum traps and their transport characteristics" Journal of Crystal Growth. 175/176. 730-735 (1997)

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      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] G.Yusa: "Trapping of photogenerated carriers by InAs quantum dots and persistent phtoconductivity in novel GaAs/n-AlGaAs field-effect transistor structures" Appl.Phys.Lett.70(30). 345-347 (1997)

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  • [文献書誌] T.Inoshita: "Density of States and Phonon-Induced Relaxation of Electrons in Semiconductor Quantum Dots" Phys.Rev.B. 56.8. 4355-4358 (1997)

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  • [文献書誌] T.Inoshita: "Electro-Phonon Interaction and the So-Called Phonon Bottleneck in a Semiconductor Quantum Dots" Physica B. 227. 373-377 (1997)

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  • [文献書誌] 榊 裕之: "半導体ナノ構造の電子デバイス応用の展望" 電子情報通信学会誌. 80.7. 717-726 (1997)

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  • [文献書誌] I.Kamiya: "Optical Properties of near surface-InAs quantum dots and their formation processes" Physica E. Vol.2. 637-642 (1998)

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  • [文献書誌] G.Yusa: "Trapping of a single photogenerated hole by an InAs quantum dot in GaAs/n-AlGaAs quantaum trap FET and its spectral response in the near infrared regime" Physica E. Vol.2. 734-737 (1998)

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  • [文献書誌] N.Qureshi: "Terahertz excitation of AFM-defined room temperature quantum dots" Phisica E. Vol.2. 701-703 (1998)

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  • [文献書誌] I.Tanaka: "Imaging and probing electronic properties of self-assembled InAs quantum dots by atomic force microscopy with conductive tip" Appl.Phys.Lett.74.6. 844-846 (1999)

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  • [文献書誌] M.Yamauchi: "Electronic structure of nanometer-scale quantum dots created by a conductive atomic force microscope tip in resonant tunneling structures" Appl.Phys.Lett.74.11. 1582-1584 (1999)

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  • [文献書誌] G.Yusa: "InAs quantum dot field effect transistors" Superlattices and Microstructures. 25.1/2. 247-250 (1999)

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      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 榊 裕之(共著): "数理科学別冊「20世紀の物理学」" 数理科学, 188-195 (1998)

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  • [文献書誌] G.Yusa, et al: "MBE growth of novel GaAs/n-AlGaAs field-effect transistor structures with embedded InAs quantum traps and their transport characteristics" J.Crystal Growth. Vol.175/176. 730-735 (1997)

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  • [文献書誌] G.Yusa, et al: "Trapping of photogenerated carriers by InAs quantum dots and persistent phtoconductivity in novel GaAs/n-AlGaAs field-effect transistor structures" Appl.Phys.Lett.70 (3). 345-347 (1997)

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      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Inoshita, et al: "Density of States and Phonon-Induced Relaxation of Electrons in Semiconductor Quantum Dots" Phys.Rev.B. 56 (8). R4355-4358 (1997)

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      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Inoshita, et al: "Electro-Phonon Interaction and the So-Called Phonon Bottleneck in a Semiconductor Quantum Dots" Physica B. Vol.227. 373-377 (1997)

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      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] I.Kamiya, et al: "Optical Properties of near surface-InAs Quantum Dots and their Formation Processes" Physica B. Vol.227. (1997)

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      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] G.Yusa, et al: "Trapping of a single photogenerated hole by an InAs quantum dot in GaAs/n-AlGaAs quantum trap FET and its spectral response in the near infrared regime" Physica E. Vol.2. 734-737 (1998)

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      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] N.Qureshi, et al: "Terahertz excitation of AFM-defined room temperature quantum dots" Phisica E. Vol.2. 701-703 (1998)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] I.Tanaka, et al: "Imaging and probing electronic properties of self-assembled InAs quantum dots by atomic force microscopy with conductive tip" Appl.Phys.Lett.74 (6). 844-846 (1999)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Yamauchi, et al: "Electronic structure of nanometer-scale quantum dots created by a conductive atomic force microscope tip in resonant tunneling structures" Appl.Phys.Lett.74 (11). 1582-1584 (1999)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] G.Yusa, et al: "InAs quantum dot field effect transistors" Superlattices and Microstructures. Vol.25. 247-250 (1999)

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      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] I.Kamiya: "Optical Properties of near surface-InAs quantum dots and their formation processes" Physica E. 2. 637-642 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] G.Yusa: "Trapping of a single photogenerated hole by an InAs quantum dot in GaAs/n-AlGaAs quantaum trap FET and its spectral response in the near infrared regime" Physica E. 2. 734-737 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] N.Qureshi: "Terahertz excitation of AFM-defined room temperature quantum dots" Phisica E. 2. 701-703 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] I.Tanaka: "Imaging and probing electronic properties of self-assembled InAs quantum dots by atomic force microscopy with conductive tip" App.Phys.Lett.74.6. 844-846 (1999)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] M.Yamauchi: "Electronic structure of nanometer-scale quantum dots created by a conductive atomic force microscone tin in resonant tunneling structures" Appl.Phys.Lett.74.11. 1582-1584 (1999)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] G.Yusa: "InAs quantum dot field effect transistors" Superlattices and Microstructures. 24. (1999)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] G.Yusa: "MBE growth of novel GaAs/n-AlGaAs field-effect transistor structures with embedded InAs quantum traps and their transport characteristics" Journal of Crystal Growth. 175/176. 730-735 (1997)

    • 関連する報告書
      1997 実績報告書
  • [文献書誌] G.Yusa: "Trapping of photogenerated carriers by InAs quantum dots and persistent phtoconductivity in novel GaAs/n-AlGaAs field-effect transistor structures" Appl.Phys.Lett.70(コ). 345-347 (1997)

    • 関連する報告書
      1997 実績報告書
  • [文献書誌] T.Inoshita: "Density of States and Phonon-Induced Relaxation of Electrons in Semiconductor Quantum Dots" Physica B. 227. 373-377 (1997)

    • 関連する報告書
      1997 実績報告書
  • [文献書誌] T.Inoshita: "Electron-Phonon Interaction and the So-Called Phonon Bottleneck in a Semiconductor Quantum dots" Phys.Rev.B56. 4355-4358 (1997)

    • 関連する報告書
      1997 実績報告書
  • [文献書誌] M.Narihiro: "High Magnetic Fields in the Physics of Semiconductors II" Magneto-tunneling study of zero-dimensional electronic states in self-organized InAs quantum dot, 4 (1997)

    • 関連する報告書
      1997 実績報告書

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公開日: 1997-04-01   更新日: 2017-10-11  

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