研究課題
基盤研究(B)
3次元構造解析と静電場解析を組み合わせたエレクトロ・メカニカルシミュレーション技術を用いて、NEMS基本構造の容量パラメータの構造&電圧依存性を抽出し、それを解析的に記述する新規等価回路モデルを作成した。そのモデルをSPICEベースSET-MOSハイブリッド回路シミュレータに組み込む手法により、SET-MOS-NEMS統合ハイブリッドシミュレーション技術を構築した。そのシミュレーション技術を用いて、基本構造であるサスペンデッドゲート(SG)構造を設計・試作した。p型シリコン基板表面を熱酸化した後、犠牲層となるアモルファスシリコン薄膜、および可動ゲート下の保護膜となる酸化膜を堆積した。EBとリフトオフプロセスによりAl電極パターンを形成した後、等方性ドライエッチングにより犠牲層をエッチングすることで可動ゲート構造を形成した。SGと基板間に電圧を印加し容量変化を測定したところ、プル・イン/プル・アウト動作に伴う急峻な容量変化を明瞭に観測することに成功した。またNEMSET素子においては、p型高濃度ドープSOI基板(50nm)を用い、量子ドット構造(長径100nmx短径35nm)を有するナノブリッジを形成した。EBを用いてブリッジ部とサイドゲートをパターンニングした後、エッチングにより下地の酸化膜を取り除いてブリッジチャネルを形成した。素子の電流-電圧特性を測定したところ、広い温度領域に渡って明瞭なクーロンダイアモンドが観測された。さらにこの素子を<4.2Kで評価したところ、量子ドット両端にかかる実効的な電圧が<1mVの領域でトンネル電流ピークの消失が観測された。消失する電圧幅の電圧・温度依存性を解析した結果、この現象は量子ドット内の閉じ込めフォノンによる単電子の非弾性散乱過程に起因すると解釈され、シリコンナノ構造素子で初めて観測されたフォノンブロッケード現象と考えられる。
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