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高速通信用包囲ゲート型シリコンナノロッドトランジスタの研究

研究課題

研究課題/領域番号 14F04797
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分外国
研究分野 電子デバイス・電子機器
研究機関東京工業大学

研究代表者

小田 俊理  東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (50126314)

研究分担者 HERBSCHLEB ERNST  東京工業大学, 科学技術創成研究院, 外国人特別研究員
HERBSCHLEB Ernst  東京工業大学, 量子ナノエレクトロニクス研究センター, 外国人特別研究員
研究期間 (年度) 2014-04-25 – 2017-03-31
研究課題ステータス 中途終了 (2016年度)
配分額 *注記
2,300千円 (直接経費: 2,300千円)
2016年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2015年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2014年度: 400千円 (直接経費: 400千円)
キーワード包囲ゲート / ナノワイヤトランジスタ / 電子ビーム露光 / シリコンナノピラー / ゲート包囲型トランジスタ / シリコンナノロッド / トランジスタ
研究実績の概要

Synopsys Sentaurusを用いたシミュレーションの結果、金を触媒としてVLSCVD法でSiナノワイヤを成長することにした。成長基板温度、反応管圧力、堆積時間などの条件の最適化を行った。トランジスタの作製に当たっては、まず基板上にマーカーをパターニングして、次にナノワイヤ分散液を塗布し、SEM観測によりナノワイヤの位置を決定してから、次の電子ビーム露光ステップでナノワイヤに電極を形成した。
デバイスプロセス開発の途中では多くの試行錯誤を繰り返した。特に困難であったのは、ナノピラー(ナノロッド)を包囲するゲート電極が、ソース電極とドレイン電極に接触しないよう、電気的に絶縁することであった。また、細いナノピラーの上部に金属電極を接触させることも困難を極めた。量子効果を発現するために散乱の少ない、低不純物濃度の基板を採用したが、上部電極との接触が良くなかったので、最終的なプロセスではポリシリコン膜を形成して、コンタクトの性能向上を図った。ピラー形成に当たっては、平滑な表面のピラーにするため、PMMAレジストだけでは無く、チタンと金の2層ハードマスクを採用した。ゲートの形成については、ソース・ドレイン電極と絶縁する必要があるため、まず、高誘電率のAl2O3層をALD法で形成した。ゲート電極としては上部電極との分離を行うため酸化膜を作ることができるチタンを用いた。ゲート電極の上に、金のボンディングパッドを電子ビーム露光後術と蒸着法で形成した。後に再びAl2O3層をALD法で形成することにより、上部電極との絶縁が可能になる。最後のステップでピラーの上部に電極を形成するが、これは困難を極め、何度も設計の変更を行った。最終的な方法は、電子ビーム露光により、上部電極の位置を決定した。45度傾けた熱蒸着法を用いて、ゲート電極からは分離された上部電極の形成に成功した。電気特性の測定により、ゲート電極の分離に成功していることがわかった。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (14件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 4件、 招待講演 2件) 図書 (1件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] ケンブリッジ大学(英国)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [国際共同研究] ケンブリッジ大学/日立ケンブリッジ研究所(英国)

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [雑誌論文] Observation and coherent control of interface-induced electronic resonances in a field-effect transistor2017

    • 著者名/発表者名
      J. O. Tenorio-Pearl, E. D. Herbschleb, S. Fleming, C. Creatore, S. Oda, W. I. Milne & A. W. Chin
    • 雑誌名

      Nature Materials

      巻: 16 号: 2 ページ: 208-213

    • DOI

      10.1038/nmat4754

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Coupled Quantum Dots on SOI as Highly Integrated Si Qubits2016

    • 著者名/発表者名
      S. Oda, G.Yamahata, K. Horibe and T. Kodera
    • 学会等名
      IEEE IEDM
    • 発表場所
      San Francisco
    • 年月日
      2016-12-03
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] シリコン量子ドットにおける表面酸化膜中電荷のコヒーレンス効果2016

    • 著者名/発表者名
      前川 未知瑠、テノリオぺルル ハイメ、ヘルブスレブ エルンスト、山岡 裕、小寺 哲夫、小田 俊理
    • 学会等名
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      新潟市
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Quantum dot devices: technology vehicles for nanoscale physics and paths for future applications2016

    • 著者名/発表者名
      S. Oda
    • 学会等名
      IEEE ESSDERC
    • 発表場所
      Lausanne
    • 年月日
      2016-09-12
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Coherent control of trapped-charge induced resonances in a field-effect transistor2016

    • 著者名/発表者名
      Jaime Oscar Tenorio-Pearl, Ernst David Herbschleb, Celestino, Alex Chin Creatore, and Shunri Oda
    • 学会等名
      IEEE Silicon Nanoelectronics Workshop
    • 発表場所
      Honolulu
    • 年月日
      2016-06-12
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Coherent control of trapped-charge induced resonances in a field-effect transistor.2016

    • 著者名/発表者名
      J. O. Tenorio-Pearl, E. D. Herbschleb, C. Creatore, A. W. Chin, S. Oda
    • 学会等名
      IEEE Silicon nanoelectronics workshop 2016
    • 発表場所
      Honolulu, USA
    • 年月日
      2016-06-12
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Controlling the asymmetric line-shape of charge-trapped induced resonances in a single quantum dot2016

    • 著者名/発表者名
      Michiru Maekawa, Jaime Tenorio-Pearl, Ernst Herbschleb, Yu Yamaoka, Tetsuo Kodera, Shunri Oda
    • 学会等名
      9th International Conference on Quantum Dots
    • 発表場所
      Jeju
    • 年月日
      2016-05-22
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Controlling the Asymmetric Line-shape of Charge-trapped Induced Resonances in a Single Quantum Dot.2016

    • 著者名/発表者名
      M. Maekawa, J. O. Tenorio-Pearl, E. D. Herbschleb, Y. Yamaoka, T. Kodera, S. Oda
    • 学会等名
      The 9th International Conference on Quantum Dots
    • 発表場所
      Jeju, Korea
    • 年月日
      2016-05-22
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Electronic transport in a single quantum dot under continuous-wave microwave irradiation at cryogenic temperatures.2016

    • 著者名/発表者名
      M. Maekawa, J. O. Tenorio-Pearl, E. D. Herbschleb, Y. Yamaoka, T. Kodera, S. Oda
    • 学会等名
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東京都 東京工業大学大岡山キャンパス
    • 年月日
      2016-03-19
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [図書] Nanoscale Silicon Devices2016

    • 著者名/発表者名
      Shunri Oda and David K. Ferry
    • 総ページ数
      288
    • 出版者
      CRCPress
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [備考] 小田研究室ホームページ

    • URL

      http://odalab.pe.titech.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [備考] 小田・河野研ホームページ

    • URL

      http://odalab.pe.titech.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書

URL: 

公開日: 2015-01-22   更新日: 2024-03-26  

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