| 研究課題/領域番号 |
20H00241
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分21:電気電子工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 静岡大学 |
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研究代表者 |
小野 行徳 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (80374073)
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| 研究分担者 |
池田 浩也 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (00262882)
藤原 聡 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, フロンティア機能物性研究部, 上席特別研究員 (70393759)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
41,990千円 (直接経費: 32,300千円、間接経費: 9,690千円)
2023年度: 9,360千円 (直接経費: 7,200千円、間接経費: 2,160千円)
2022年度: 9,360千円 (直接経費: 7,200千円、間接経費: 2,160千円)
2021年度: 9,230千円 (直接経費: 7,100千円、間接経費: 2,130千円)
2020年度: 14,040千円 (直接経費: 10,800千円、間接経費: 3,240千円)
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| キーワード | 電子流体 / MOSトランジスタ / シリコン / 電子電子散乱 / エネルギー消費 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本課題は、研究代表者の先行研究を基礎とし、これまで物理の対象でしかなかった電子流体を集積回路分野へ応用し、新規な電子工学確立を目指すものである。ここでは、MOS電子系を弱反転から強反転まで変化させ、電子密度をパラメータとして、粘度とデバイス性能の対応関係を調べる。特に、MOS電子系の粘度を計測するとともに、電子流体効果によるチャネルエッジ散乱の抑止効果を実証する。また、電子流体によるスイッチング機能を評価するためのデバイス構造を提案し、スイッチング動作における低消費電力性を実証する。さらに、現在30K程度に留まっている動作温度の上昇に向け、電子流体におけるエネルギー散逸機構を解明する。
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| 研究実績の概要 |
固体材料において、外的散乱の影響が小さい特別な場合には、電子・電子散乱が優勢となり、電子の伝導はその集団運動が支配する特異なものとなる。このよ うな電子の状態は「電子流体」（Electron fluid）と呼ばれる。研究代表者らは、初めてシリコンMOS（SiO2/Si界面）２次元電子系において、また、これまでは 欠点であった重い有効質量というシリコンの特性を生かして初めてナノスケール（～100nm）で電子流体効果（ベルヌーイの原理に基づくポンプ効果）を観測した。本課題は上記コンセプトのもと集積回路技術の革新を目指し、「電子流体の情報処理応用」という新たな学術分野を、シリコンMOSテクノロジーを基盤として 開拓するものである。昨年度にデバイス試作を完了し、MOSトランジスタ等の基本特性を取得、 試作プロセスに大きな問題がないことを確認したことを受け、低温下にて詳細計測を行った。
第一に、エネルギー散逸機構解明のために、ナノMOSトランジスタを電子温度計として利用する手法を考案し、電子温度の計測、および電子系のエネルギー散逸機能の解明を行った。その結果、電子温度が５０Kを超えるとエネルギー散逸が急激に増加することを見出し、これがバレー間散乱フォノンの放出によるものであることを明らかにした。同時にコンダクタンスも計測し、フォノン放出に同期して特異なコンダクタンス増加を観測した。またこれが電子流体効果に起因するものであることを示した。
第二に、電子・正孔２層系において、ドラッグ効果を１０Ｋにて観測し、これがクーロン相互作用（クーロン・ドラッグ）に起因することを明らかにした。またＧａＡｓなどの他の材料に比べて、大きなクーロン・ドラッグ効果があることが見いだされた。これにり、電子・正孔二層系における新たな流体効果発現の可能性が示された。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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