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量子ドットを介した共鳴トンネル型電子輸送と新デバイス応用

研究課題

研究課題/領域番号 09650342
研究種目

基盤研究(C)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 電子・電気材料工学
研究機関筑波大学

研究代表者

名取 研二  筑波大学, 物理工学系, 教授 (20241789)

研究分担者 佐野 伸行  筑波大学, 物理工学系, 講師 (90282334)
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
2,800千円 (直接経費: 2,800千円)
1998年度: 600千円 (直接経費: 600千円)
1997年度: 2,200千円 (直接経費: 2,200千円)
キーワード量子ドット / 共鳴トンネル効果 / 単一電子トランジスタ / 極微細素子 / メゾスコピック・デバイス
研究概要

ソースおよびドレイン電極の間に島状部を配した単一電子トランジスタ構造は、微細化に伴いMOS素子など従来素子の問題点が指摘される中、未知数ながら将来を嘱望されている素子構造である。本研究では、この単一電子トランジスタが将来の集積化素子用に極微細化された時に、従来の物に比べてその動作機構がどのように変化し、電流電圧特性がどのようのに変わっていくか検討を行なった。マクロな素子では島状部が多数の電子を含みそれ自体ほぼ熱平衡にあると見なせるのに対し、微細化されて量子ドットになると、トンネル遷移により少数のエネルギ・レベルを通じて電子がソースからドレインへと共鳴輸送される量子力学的な系に変わる。しかしながら、電子のパスがループを持たないため電子波の干渉はあまり問題とならず、電子がコヒーレントに共鳴トンネルしても逐次的にトンネルしても電流値は変わらないことが示されている。この事実を用いて電流値を算出する簡単な手続きを構成し、電子輸送を制御する機構を解析した。量子ドット内のレベル構造が最も簡単な2重縮退の単一レベルの場合に、電流のゲート電圧・ドレイン電圧依存性を調べ電流マップを作り、また各パラメタの電流への影響の仕方を確認した。さらに、現実素子に近いモデルとしてシリコンの直方体構造の量子ドットを有する単一電子トランジスタを取り上げ、その電流電圧特性をモンテカルロ・シミュレーションによって求めた。得られた電流値により大まかながら極微細な単一電子トランジスタの電流電圧特性の全体像を描くことが可能であり、高集積な回路等への応用に向けての足掛りが得られつつある。他に、単一電子トランジスタ構造以外にも極微細の素子に関連する問題の解析をも進めている。

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

    (29件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (29件)

  • [文献書誌] N.Sano,K.Natori: "Substrate current fluctuation under low drain voltages in Si-MOSFETs." Proc.SISPAD-97. 213-216 (1997)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] N.Sano,K.Natori: "Asymmetric inter-subband phonon scattering associated with the intra-collisional field effects in one-dimensional quantum wires" J.Phys. ; Condensed Matter. 9. 193-199 (1997)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Natori,N.Sano: "Scaling limit of digital circuits due to thermal noise" J.Appl.Phys.83. 5019-5024 (1998)

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      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] A.Natori et al.: "Magnetoconductance of a mesoscopic rectangular loop" Solid-State Electronics. 42. 1109-1114 (1998)

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      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Natori et al.: "Thickness dependence of the effective dielectric constant in a thin film capacitor" Appl.Phys.Lett.73. 632-634 (1998)

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      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Natori et al.: "Current bistability in resonant tunneling through a Semiconductor quantum dot" Superlatfices and Microstructures. 23. 1339-1342 (1998)

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      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] N.Sano et al.: "Physical mechanism of current fluctuation under ultra-small device structures" Extended Abstracts,IWCE-6. 112-115 (1998)

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      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] N.Sano et al.: "Hole-intiated impact ionization and split-off band in Ge,Si,GaAs,InAs and InGaAs" Extended Abstracts,IWCE-6. 198-201 (1998)

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      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Kitahara et al.: "Device-size dependence of current fluctuation simulation under ultra-small device structures" Technical Report of IEICE. VLD98-93. 53-59 (1998)

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      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] N.Sano and K.Natori: ""Substrate current fluctuation under low drain voltages in Si-MOSFETs"" Proc.SISPAD-97, Boston. 213-216 (1997)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] N.Sano and K.Natori: ""Asymmetric inter-subband phonon sccattering associated with the intra-collisional field effect in one-dimensional quantum wires"" J.Phys : Condensed Matter. vol.9. 193-199 (1997)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Natori and N.Sano: ""Scaling Limit of digital circuits due to thermal noise"" J.Appl.Phys.vol.83. 5019-5024 (1998)

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      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] A.Natori, Y.Takase and K.Natori: ""Magnetoconductance of a mesoscopic rectangular loop"" Solid-State Electronics. vol.42. 1109-1114 (1998)

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    • 関連する報告書
      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Natori, D.Otani and N.Sano: ""Thickness dependence of the effective dielectric constant in a thin film capacitor"" Appl.Phys.Lett. vol.73. 632-634 (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] K.Natori and N.Sano: ""Current bistability in resonant tunneling through a semiconductor quantum dot"" Superlattices and Microstructures. vol.23. 1339-1342 (1998)

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      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] N.Sano, K.Natori, M.Mukai and K.Matsuzawa: ""Physical Mechanism of Current Fluctuation under Ultra-Small Device Structures"" Extended Abstracts of IWCE-6, Osaka. 112-115 (1998)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] N.Sano, M.V.Fischetti and S.E.Laux: ""Hole-initiated impact ionization and split-off band in Ge, Si, GaAs, InAs, and InGaAs"" Extended Abstracts of IWCE-6, Osaka. 198-201 (1998)

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      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y,Kitahara, N.Sano, K.Natori, M.Mukai and K.Matsuzawa: ""Device-size dependence of current fluctuation simulation under ultra-small device structures"" Technical Report of IEICE. VLD98-93, ED98-118, SDM98-154, ICD98-224. 53-59 (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] K.Natori and N.Sano: "Scaling limit of digital circuits due to thermal noise" J.Appl.Phys.83. 5019-5024 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] A.Natori,Y.Takase,K.Natori: "Magnetoconductance of a mesoscopic rectangular loop" Solid-State Electronics. 42. 1109-1114 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] K.Natori,D.Otani,N.Sano: "Thickness dependence of the effective dielectric constant in a thin film capacitor" Appl.Phys.Lett.73. 632-634 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] K.Natori,N.Sano: "Current bistability in resonant tunneling through a semiconductor quantum dot." Superlattices and Microstructures. 23. 1339-1342 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] N.Sano et al.: "Physical mechanism of Current fluctuation under ultra-small device structures" Extended Abstracts,IWCE-6. 112-115 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] N.Sano et al.: "Hole initiated impact ionization and split-off band in Ge,Si,GaAs,InAs and InGaAs." Extended Abstracts,IWCE-6. 198-201 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Kitahara et al.: "Device-size dependence of current fluctuation simulation under ultra-small device structures" Technical Report of IEICE. VLD98-93. 53-59 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] K.Natori and N.Sano: "Current bistability in Resonant tunneling through a semiconductor quantum dot" Superlattices and Microstructures. (発表予定).

    • 関連する報告書
      1997 実績報告書
  • [文献書誌] A.Natori, Y.Takase and K.Natori: "Magnetoconductance of a mesoscopic rectangular loop" Solid State Electronics. (発表予定).

    • 関連する報告書
      1997 実績報告書
  • [文献書誌] N.Sano and K.Natori: "Asymmetric inter-subband phonon scattering associated with the intra-collisional field effect in one-dimensional quantum wires" J.Phys, : Condensed Matter. 9. 193-199 (1997)

    • 関連する報告書
      1997 実績報告書
  • [文献書誌] N.Sano and K.Natori: "Substrate current fluctuation under low drain voltages in Si-MOSFET's" Proc.SISPAD-97,Boston. 213-216 (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: 2016-04-21  

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