FPGAによるエレクトロマイグレーション原子の高速移動制御と原子接合構造の作製

• 研究課題/領域番号: 15H03970
• 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・電気材料工学
• 研究機関: 東京農工大学
• 研究代表者: 白樫 淳一 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00315657)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 16,640千円 (直接経費: 12,800千円、間接経費: 3,840千円); 2017年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2016年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 2015年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円)
• キーワード: マイクロ・ナノデバイス / FPGA / エレクトロマイグレーション / 単原子トランジスタ / 原子接合 / 原子ギャップ

研究成果の概要

本研究では、エレクトロマイグレーションにより駆動される単一原子の移動過程を、FPGAを用いたカスタムハードウェアにより精緻かつ高速に「その場」制御することが可能な手法の開発を目的としている。具体的には、原子スケールの接点構造である「原子接合」や、原子スケールのギャップ構造「原子ギャップ」を作製する。これらの技術を用いて原子１個～数個分のアイランド電極を有する単電子トランジスタである「“単原子”トランジスタ」の実現を目指す。研究成果として、原子接合や原子ギャップの形成に成功し、アイランド電極のサイズが10nm以下（原子が数10個以下）の単電子トランジスタを同時に複数個一括作製する技術を開発した。

研究成果

• [雑誌論文] Evolution of local temperature in Au nanowires during feedback-controlled electromigration observed by atomic force microscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: Yagi Mamiko、Shirakashi Jun-ichi
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 110 号: 20 ページ: 203105-203105
  • DOI: 10.1063/1.4984024
  • 査読あり
• [雑誌論文] Investigation of electromigration induced by field emission current flowing through Au nanogaps in ambient air (2017)
  • 著者名/発表者名: Inoue Kazuki、Yagi Mamiko、Ito Mitsuki、Ito Tomoyuki、Shirakashi Jun-ichi
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 122 号: 8 ページ: 084303-084303
  • DOI: 10.1063/1.4999831
  • 査読あり
• [雑誌論文] Wearable strain sensors based on thin graphite films for human activity monitoring (2017)
  • 著者名/発表者名: Saito Takanari、Kihara Yusuke、Shirakashi Jun-ichi
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 939 ページ: 012006-012006
  • DOI: 10.1088/1742-6596/939/1/012006
  • 査読あり
• [雑誌論文] 自然収束動作を利用したイジングコンピューティング技術の開発とFPGAへの実装 (2017)
  • 著者名/発表者名: 木原裕介、伊藤光樹、齋藤孝成、塩村真幸、酒井正太郎、白樫淳一
  • 雑誌名: 電子情報通信学会技術研究報告 巻: 116 ページ: 23-28
• [雑誌論文] Reductive Deposition of Thin Cu Films Using Ballistic Hot Electrons as a Printing Beam (2016)
  • 著者名/発表者名: R. Suda, M. Yagi, A. kojima, N. Mori, J. Shirakashi, and N. Koshida
  • 雑誌名: J. Electrochem. Soc. 巻: 163 号: 6 ページ: E162-E165
  • DOI: 10.1149/2.0921606jes
  • 査読あり
• [雑誌論文] Field-Emission-Induced Electromigration Method for Precise Tuning of Electrical Properties of Ni-Based Single-Electron Transistors (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Kase, K. Okada M. Ito and J. Shirakashi
  • 雑誌名: Conference Proceedings, 2015 International Conference on Manipulation, Manufacturing and Measurement on the Nanoscale (3M-NANO) 巻: Year 2015 ページ: 202-205
  • DOI: 10.1109/3m-nano.2015.7425487
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simultaneous Fabrication of Nanogap Electrodes Using Field-Emission-Induced Electromigration (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Ito, M. Yagi, K. Morihara and J. Shirakashi
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. 巻: 118 号: 1 ページ: 014301-014301
  • DOI: 10.1063/1.4923411
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-Throughput Nanogap Formation by Field-Emission-Induced Electromigration (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Ito, K. Morihara, T. Toyonaka, K. Takikawa and J. Shirakashi
  • 雑誌名: J. Vac. Sci. Technol. B 巻: 33 号: 5 ページ: 051801-051801
  • DOI: 10.1116/1.4927443
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tuning of Channel Conductance of Au Nanowires Using Ultrafast Electromigration Controlled by a Field-Programmable Gate Array (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Katogi, Y. Kanamaru, S. Sato, T. Saito and J. Shirakashi
  • 雑誌名: Conference Proceedings, 2015 International Conference on Manipulation, Manufacturing and Measurement on the Nanoscale (3M-NANO) 巻: Year 2015 ページ: 198-201
  • DOI: 10.1109/3m-nano.2015.7425485
  • 査読あり
• [学会発表] Local Joule Heating in Electromigrated Au Nanowires Imaged by In Situ Atomic Force Microscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Yagi and J. Shirakashi
  • 学会等名: 12th IEEE Nanotechnology Materials and Devices Conference (NMDC 2017), October 2-4, 2017, Singapore.
  • 国際学会
• [学会発表] Optimization of Experimental Parameters for Fabrication of Atomic Junctions Using Ground-State Searches of Ising Spin Computing (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Sakai, Y. Iwata, Y. Katogi, M. Shiomura, Y. Kihara, M. Ito and J. Shirakashi
  • 学会等名: 17th IEEE International Conference on Nanotechnology (IEEE NANO 2017), July 25-28, 2017, Pittsburgh, PA, USA.
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Single-Electron Transistors with Electromigrated Au Nanogaps (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Tani, M. Ito, K. Minami and J. Shirakashi
  • 学会等名: 2nd International Conference on Applied Surface Science (ICASS 2017), June 12-15, 2017, Dalian, China.
  • 国際学会
• [学会発表] Feedback-Controlled Electromigration (FCE) Method with Automatically Optimized Parameters (2016)
  • 著者名/発表者名: N. Numakura, Y. Iwata and J. Shirakashi
  • 学会等名: Pacific Rim Symposium on Surfaces, Coatings and Interfaces (PacSurf 2016)
  • 発表場所: Hawaii, USA.
  • 年月日: 2016-12-11
  • 国際学会
• [学会発表] Controlled Electromigration Method for the Fabrication of Nanoscale Junction Devices (2016)
  • 著者名/発表者名: J. Shirakashi
  • 学会等名: Emerging Technologies 2016
  • 発表場所: Montreal, QC, Canada.
  • 年月日: 2016-05-25
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Tuning of Channel Conductance of Au Nanowires Using Ultrafast Electromigration Controlled by a Field-Programmable Gate Array (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Katogi, Y. Kanamaru, S. Sato, T. Saito and J. Shirakashi
  • 学会等名: 5th International Conference on Manipulation, Manufacturing and Measurement on the Nanoscale (3M-NANO 2015)
  • 発表場所: Changchun, China.
  • 年月日: 2015-10-05
  • 国際学会
• [学会発表] Channel Conductance of Au Nanowires Tuned by Ultrafast Electromigration Using a Field-Programmable Gate Array (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Katogi, Y. Kanamaru, S. Sato and J. Shirakashi
  • 学会等名: 10th International Conference on Surfaces, Coatings and Nanostructured Materials (NANOSMAT 2015)
  • 発表場所: Manchester, UK.
  • 年月日: 2015-09-13
  • 国際学会
• [備考] 白樫研究室HP
  • URL: http://web.tuat.ac.jp/~nanotech/index.htm