半導体量子ナノ構造を用いた超高感度テラヘルツ波計測技術の開発

• 研究課題/領域番号: 19560361
• 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: 電子デバイス・電子機器
• 研究機関: 大阪工業大学
• 研究代表者: 前元 利彦 大阪工業大学, 工学部, 准教授 (80280072)
• 研究分担者: 井上 正崇 大阪工業大学, 工学部, 教授 (20029325) ; 佐々 誠彦 大阪工業大学, 工学部, 教授 (50278561)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2008
• 研究課題ステータス: 完了 (2008年度)
• 配分額: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2008年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2007年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
• キーワード: バリスティック / 整流デバイス / InAs / AlGaSb ヘテロ構造 / 整流効果 / 量子細線 / 3分岐構造 / 磁気抵抗 / 回路応用 / AIGaSbヘテロ構造 / テラヘルツ波 / 量子ナノ構造 / トランジスタ / High-k / 量子ポイントコンタクト / 整流特性

研究概要

電子のバリスティック伝導によって生じる非線形な電気特性を利用した新しい原理の電子デバイスを開発するために,InAs/AlGaSb へテロ構造を用いてバリスティック整流デバイスを作製して幅広い温度範囲で電気・磁気特性の評価を行った.4.2K,77K で明瞭な整流特性が観測され,平均自由行程が500 nm程度の室温においても整流効果の観測に成功した.斜めに量子細線型構造を配置した微細化デバイスでは,磁場を印加した状態で整流特性を評価することで構造内のバリスティック電子の状態について新しい知見を得た.さらなる高性能化のために,量子細線をT 字型に接合した量子細線3 分岐構造(Three-terminal Ballistic Junction : TBJ)の試作と評価も行った.TBJ では基準電位が存在することから,回路応用の観点でバリスティック整流デバイスよりも有用である.InAs/AlGaSb 系TBJ においても,明瞭な整流特性が観測され,温度依存性や素子サイズ依存性からバリスティック伝導がより支配的な状態で強い整流特性が得られることが分った.またTBJ におけるパルス入力に対する応答特性を評価したところ,nAs/AlGaSb 系TBJ ではGaAs/AlGaAs 系TBJ と比較して約1 桁高い周波数での動作を確認し,高速動作の可能性を示した.

研究成果

• [雑誌論文] Electron transport properties in InAs four-terminal ballistic junctions under weak magnetic fields (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Kovama, K. Fujiwara, N. Amano, T. Maemoto, S. Sasa, M. lnoue
  • 雑誌名: phys. stat. sol. (c) (印刷中)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nonlinear Electron "Transport Properties and Rectification Effects in InAs/AlGaSb Ballistic Devices" (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Koyama, T. Inoue, N. Amano, T. Maemoto,S. Sasa, and M. Inoue
  • 雑誌名: phys. Stat. sol. c 5 ページ: 107-110
  • 査読あり
• [雑誌論文] InAs/AlGaSb HEMTs with Al_2O_3 and HfO_<2 >Gate Insulators (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Fujiwara, N, Amano, M. Koyama, T.Maemoto, S. Sasa, and M. Inoue,
  • 雑誌名: Proc. Of the 2008 International Meeting for Future of Electron Devices, Kansai c ページ: 73-74
• [雑誌論文] Nonlinear Electron Transport Properties in InAs/AlGaSb Three-Terminal Ballistic Junctions (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Koyama, T. Inoue, N. Amano, T.Maemoto, S. Sasa, and M. Inoue,
  • 雑誌名: J. of Physics: Conf. Ser. 109 012023 ページ: 1-3
  • NAID: 110006613703
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nonlinear Electron Transport Properties and Rectification Effects in InAs/AIGaSb Ballistic Devices (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Kovama, T. lnoue, N. Amano, T. Maemoto, S. Sasa, M. lnoue
  • 雑誌名: phys. stat. sol. (c) 5 ページ: 107-110
  • 査読あり
• [雑誌論文] InAs/AlGaSb HEMTs with Al_2O_3 and HfO_2 Gate Insulators (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Fuiiwara, N, Amano, M. Koyama, T. Maemoto, S. Sasa, M. Inoue
  • 雑誌名: Proc. of the 2008 International Meeting for Future of Electron Devices, Kansai ページ: 73-74
• [雑誌論文] Nonlinear Electron Transport Properties in InAs/AlGaSb Three-Terminal Ballistic Junctions (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Koyama, T. Inoue, N. Amano, T. Maemoto, S. Sasa, M. Inoue
  • 雑誌名: J. of Physics : Conf. Ser. 109 ページ: 12023-12023
  • NAID: 110006613703
  • 査読あり
• [雑誌論文] Field characteristjcs of eiectron mobility and velocity in lnAs/AlGaSb HFETs with high-kgate insulators (2007)
  • 著者名/発表者名: T.Maemoto, M.Koyama, H.Takahashi, S.Sasa, and M.Inoue
  • 雑誌名: American Inst.of Phys.Conf.Proc 893 ページ: 1391-1392
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ballistic rectification effects in InAs/AlGaSb nanostructures (2007)
  • 著者名/発表者名: M.Koyama, H.Takahashi, T.Maemoto, S.Sasa, and M.Inoue
  • 雑誌名: American Inst.of Phys.Conf.Proc 893 ページ: 577-578
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electron transport properties in InAs four-terminal ballistic junctions under weak magnetic fields
  • 著者名/発表者名: M. Koyama, K. Fujiwara, N. Amano, T.Maemoto, S. Sasa, and M. Inoue,
  • 雑誌名: phys. Stat. sol.c 印刷中 ページ: 0-0
  • 査読あり
• [学会発表] Electron transport properties in InAs four-terminal ballistic junctions under weak magnetic fields (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Koyama, K. Fujiwara, N. Amano, T.Maemoto, S. Sasa, and M. Inoue
  • 学会等名: 34th International Symposium on Compound Semiconductors
  • 発表場所: Rust,Germany
  • 年月日: 2008-09-23
• [学会発表] Electron transport properties in InAs four-terminal ballistic junctions under weak magnetic fields (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Koyama, K. Fujiwara, N. Amano, T. Maemoto, S. Sasa, M. Lnoue
  • 学会等名: 34th International Symposium on Compound Semiconductors
  • 発表場所: Rust, Germany
  • 年月日: 2008-09-23
• [学会発表] 高誘電率材料を用いたInAs/AlGaSb HEMT の作製と評価 (2008)
  • 著者名/発表者名: 藤原健司,塩路真広,天野直樹,小山政俊,前元利彦,佐々誠彦,井上正崇
  • 学会等名: 2008 年秋季第70 回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 中部大学
  • 年月日: 2008-09-04
• [学会発表] 高誘電率材料を用いたInAs/AIGaSb HEMTの作製と評価 (2008)
  • 著者名/発表者名: 藤原健司, 塩路真広, 天野直樹, 小山政俊, 前元利彦, 佐々誠彦, 井上正崇
  • 学会等名: 2008年秋季第70回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 中部大学
  • 年月日: 2008-09-04
• [学会発表] InAs/AlGaSb HEMTs with Al_2O_3 and HfO_2 Gate Insulators (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Fujiwara, N, Amano, M. Koyama, T.Maemoto, S. Sasa, and M. Inoue
  • 学会等名: 2008 International Meeting for Future of Electron Devices, Kansai
  • 発表場所: 大阪大学中ノ島センター
  • 年月日: 2008-05-02
• [学会発表] Nonlinear Electron Transport properties in lnAs/AlGaSb Three-Terminal Ballistic Junctions (2007)
  • 著者名/発表者名: M.Koyama, T.Inoue, N.Amano, T.Maemoto, S.Sasa, and M.Inoue
  • 学会等名: International Symposium on Advanced Nanodevices and Nanotechnology 2007
  • 発表場所: Waikaloa,Hawaii,USA
  • 年月日: 2007-12-06
• [学会発表] InAs/AlGaSb量子細線を有するT字型3分岐構造における電子輸送特性 (2007)
  • 著者名/発表者名: 小山 政俊, 中島 貴史, 井上 達也, 天野 直樹, 前元 利彦, 佐々 誠彦, 井上 正崇
  • 学会等名: 2007年秋季第68回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 北海道工業大学,北海道
  • 年月日: 2007-09-06
• [学会発表] Fabrication and Characrerization of Sb-Based Diode structures for Detecting Subterahertz Waves (2007)
  • 著者名/発表者名: T.Inoue, H.Takahashi, T.Maemoto, S.Sasa and M.Inoue
  • 学会等名: 2007 International Meeting for Future of Electron Devices, Kansai
  • 発表場所: Osaka,Japan
  • 年月日: 2007-04-24