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ゲルマニウムナノ結晶の自己集合化と学習機能擬似ニューロデバイスへの応用

研究課題

研究課題/領域番号 13650328
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
研究機関室蘭工業大学

研究代表者

福田 永  室蘭工業大学, 工学部, 助教授 (10261380)

研究分担者 野村 滋  室蘭工業大学, 工学部, 教授 (10002859)
研究期間 (年度) 2001 – 2002
研究課題ステータス 完了 (2002年度)
配分額 *注記
2,100千円 (直接経費: 2,100千円)
2002年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2001年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
キーワードゲルマニウム / ナノ結晶 / 量子井戸 / 量子トンネル伝導 / 量子閉じ込め効果 / MOS構造
研究概要

本研究は、シリコン酸化膜(SiO_2)中にナノサイズのゲルマニウム(Ge)微結晶を自己集合化し、それらが作る量子井戸に電子を1個ずつ捕獲させることを目的としている。さらに、ニューラルネットワークの適用学習型電子デバイスとして動作させることについて検討した。SiO_2中のGe結晶は量子ドットを形成しており、0次元の量子閉じ込め効果により可視発光することが報告されている。本研究は、SiO_2を含有した珪素化合物とGeO_2を主成分とした有機金属溶液を混合し、酢酸エチルで希釈した溶液を試料表面にスプレースピン塗布した。焼結のための熱処理を行った結果、800℃以上の温度でGe微結晶が成長していることをラマン分光スペクトルより確認した。また、ラマンピークの半値幅からGe結晶サイズを見積もった結果、平均で3.1〜5.2nmであった。結晶サイズ径は熱処理温度の上昇に伴い増加する傾向が見られた。次にHe-Cdレーザー励起によるフォトルミネッセンス測定を行った結果、量子閉じ込め効果による強い青色発光(波長420nm)が室温で観測された。次にMOS構造を作製し、SiO_2/Ge/SiO_2量子井戸に電子を注入することを試みた。容量-電圧(C-V)測定を行った結果、電子注入後、電子捕獲によるフラットバンド電圧の正方向シフトが確認された。電流-電圧(I-V)特性によるSiO_2中の電気伝導を調べた結果、ステップ状の電流変化および低電圧側からのリーク電流の増加が確認された。二重障壁量子井戸構造を仮定したトンネル伝導計算を行った結果、実験データは量子共鳴トンネル伝導を忠実に再現していることが判明した。今後は、SiO_2中のGe結晶径の制御および深さ方向制御ができるようプロセスの最適化を図る。さらにMOSFET構造でのデバイス動作を確認し、シナプス動作を実現させる。

報告書

(3件)
  • 2002 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2001 実績報告書
  • 研究成果

    (24件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (24件)

  • [文献書誌] K.M.A.Salam, H.Konishi, M.Mizuno, H.Fukuda, S.Nomura: "Structural and Electrical Properties of Crystalline (1-x) Ta_2O_<5-x>TiO_2 Thin Films Fabricated by Metalorganic Decomposition"Aplied Surface Science. 190. 88-95 (2002)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.M.A.Salam, H.Fukuda, S.Nomura: "Effects of Additive Elements on Improvement of the Dielectric Properties of Ta_2O_5 Films"Journal of Applied Physics. 93・2. 1169-1175 (2003)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Fukuda, S.Maeda, K.M.A.Salam, S.Nomura: "Synthesis of High Dielectric Constant Titanium Oxide Thin Films by Metalorganic Decomposition"Jpn. Journal of Applied Physics. 41・11B. 6912-6915 (2002)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Kimura, K.M.A.Salam, H.Fukuda, S.Nomura: "Structure Control of Ferroelectric PbTiO_3 Thin Films using SrTiO_3 Buffer Layer Prepared by Metalorganic Decomposition"Meeting Abstracts of 2002 Int.Joint Conf.on the Applications of Ferroelectics. 131 (2002)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 玉置 貴啓, 竹谷 聖克, 福田 永, 野村 滋: "シリコン酸化膜中のゲルマニウム結晶における光学的および電気的特性"平成14年第38回応用物理学会北海道支部、第8回レーザ学会東北・北海道支部合同学術講演会. 18 (2002)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.M.A.Salam, H.Konishi, H.Fukuda, S.Nomura: "Rapid Thermal Processing for Future Semiconductor Devices"Elsevier. 120 (2003)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S. Sakuma, T. Yamada, H. Fukuda, S. Nomura: "Self-formation and Characterization of Ge Nanocrystals in SiO_2 Films"Symposium on Surface Science for Micro- and Nano-Device Fabrication (Tokyo). 73 (1999)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H. Fukuda, S. Sakuma, T. Yamada, S. Nomura, M. Nishino, T. Higuchi, S. Ohshima: "Characterization of Ge Nanocrystals Embedded in SiO_2 Films"25^<th> International Conference on the Physics of Semiconductors (Osaka). 85 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H. Fukuda, S. Sakuma, T. Yamada, S. Nomura, M. Nishino, T. Higuchi, S. Ohshima: "Characterization of Ge Nanocrystals Embedded in SiO_2 Films"Proceedings of the 25^<th> International Conference on the Physics of Semiconductors. to be published. (2001)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H. Fukuda, S. Sakuma, T. Yamada, S. Nomura, M. Nishino, T. Higuchi, S. Ohshima: "Characterization of Ge Nanocrystals Embedded in SiO_2 Films"199^<th> Electrochemical Society (Washington DC). 663 (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H. Fukuda, S. Sakuma, T. Yamada, S. Nomura, M. Nishino, T. Higuchi, S. Ohshima: "Characterization of Ge Nanocrystals Embedded in SiO_2 Films"Journal of Applied Physics. to be published. (2001)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T. Yamada, H. Fukuda, S. Nomura: "Characterization of Ge Nanocrystals Embedded in SiO_2 Films (in Japanese)"The Transaction of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers. Vol.CPM2000-86, No.272. 13-18 (2000)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.M.A.Salam, H.Konishi, M.Mizuno, H.Fukuda, S.Nomura: "Structural and Electrical Properties of Crystalline (1-χ) Ta_2O_5-χTiO_2 Thin Films Fabricated by Metalorganic Decomposition"Applied Surface Science. 190. 88-95 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] K.M.A.Salam, H.Fukuda, S.Nomura: "Effects of Additive Elements on Improvement of the Dielectric Properties of Ta_2O_5 Films"Journal of Applied Physics. 93・2. 1169-1175 (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] H.Fukuda, S.Maeda, K.M.A.Salam, S.Nomura: "Synthesis of High Dielectric Constant Titanium Oxide Thin Films by Metalorganic Decomposition"Jpn. Journal of Applied Physics. 41・11B. 6912-6915 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] K.Kimura, K.M.A.Salam, H.Fukuda, S.Nomura: "Structure Control of Ferroelectric PbTiO_3 Thin Films using SrTiO_3 Buffer Layer Prepared by Metalorganic Decomposition"Meeting Abstracts of 2002 Int. Joint Conf. on the Applications of Ferroelectics. 131 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 玉置 貴啓, 竹谷 聖克, 福田 永, 野村 滋: "シリコン酸化膜中のゲルマニウム結晶における光学的および電気的特性"平成14年第38回応用物理学会北海道支部、第8回レーザ学会東北・北海道支部合同学術講演会. 18 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] K.M.A.Salam, H.Konishi, H.Fukuda, S.Nomura: "Rapid Thermal Processing for Future Semiconductor Devices"Elsevier. 120 (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] H.Fukuda, S.Sakuma, T.Yamada, S.Nomura, M.Nishino, T.Higuchi: "Physical and Electrical Properties of Ge-implanted SiO_2 Films"Journal of Applied Physics. Vol.90,No.7. 3524-3528 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] H.Fukuda, T.Yamada, S.Nomura, M.Nishino, T.Higuchi, S.Oshima: "Characterization of Ge Nanocrystals Embedded in SiO_2 Films"Meeting Abstracts of the 199^<th> Meeting of the Electrochemical Society. 2001・1. 663 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 松永 慎一, 福田 永, 野村 滋, 西野 元一: "シリコン酸化膜中のゲルマニウム微結晶における光学および電気的特性"電子情報通信学会技術研究報告. Vol.101,No244. 25-30 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 福田 永, 玉置 貴啓, 野村 滋, 西野 元一: "シリコン酸化膜中のゲルマニウム微結晶における光学および電気的特性"第49回応用物理学関係連合講演会後援予稿集. (発表予定).

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 福田 永: "半導体デバイス材料の展望〜半導体ナノテクノロジーの展開〜"材料技術研究&協会表面改質研究会主催 第2回表面改質夏季フォーラム予稿集. 11-16 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 福田 永, 野村 滋(共著): "近赤外線加熱ハンドブック"アグネ技術センター. 200 (2002)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書

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公開日: 2001-04-01   更新日: 2016-04-21  

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