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Research on band-to-band tunneling via discrete dopants near pn junctions in Si nanodevices

研究課題

研究課題/領域番号 22K04216
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分21060:電子デバイスおよび電子機器関連
研究機関静岡大学

研究代表者

Moraru Daniel  静岡大学, 電子工学研究所, 准教授 (60549715)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2024年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
キーワードsilicon-on-insulator / pn diode / doping / single-charge tunneling / nanowire / codoping / Esaki diode / single-electron / donor-acceptor pair / band-to-band tunneling / nanoscale / dopant quantum dot / silicon nanodevices / wavefunction / phonon
研究開始時の研究の概要

Band-to-band tunneling in Si nanodevices can allow the development of a variety of applications and the exploration of the properties of nanoscale depletion layers. A key aspect is related to the atomistic effects arising from dopant atoms inside and at the edges of the depletion layers.
This project will explore the impact of such discrete dopants on band-to-band tunneling, revealing key mechanisms and critical factors for further optimization.

研究実績の概要

Some achievements have been obtained directly in the present project, while others are tangentially related.
As a main result related to this project, we reported challenges in fabrication of silicon nanowire tunnel diodes. We also reported observation of single-electron tunneling in codoped silicon nanodevices made from silicon-on-insulator (SOI) nano-transistors and nano-diodes. Collaborative research work focused on optical characterization techniques that may be useful for Si nanodevices.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

As planned, new batches of silicon-on-insulator (SOI) nano-transistors and nano-diodes have been fabricated and characterized. The detailed analysis of these two types of devices, both containing codoped SOI nanoscale regions, confirmed the identification of signatures of single-charge tunneling, as reported in Nanomaterials (2023).
Our analysis also revealed the most important challenges in terms of technology for fabricating silicon nanowire tunnel diodes, as reported in another paper.
New techniques of investigation have been developed in different collaboration projects, with potential impact on the analysis of devices included in the current project.
The progress in first-principles simulations is less advanced, but studies of pn diodes containing individual dopants are under way.

今後の研究の推進方策

In the next stage of research, the fabricated nano-transistors and nano-diodes will be characterized systematically in order to understand the possibility of tunneling transport mediated by dopants in such nanoscale devices. Mainly, the characterization will be carried out at cryogenic temperatures.
The effect of light illumination will also be analyzed in such codoped nanodevices, which offer the energy states to capture both electrons and holes from the absorbed photons.
The analysis of single-charge tunneling transport at low temperatures is expected to provide deeper insights into the role of dopants, supporting the undergoing first-principles simulation analysis.
A systematic characterization of SOI samples doped in different conditions will also provide new information.

報告書

(2件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 研究成果

    (45件)

すべて 2024 2023 2022 その他

すべて 雑誌論文 (11件) (うち国際共著 7件、 査読あり 11件、 オープンアクセス 8件) 学会発表 (32件) (うち国際学会 24件、 招待講演 7件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Ellipticity Enhancement of a Terahertz Wave Circular Polarizer Made of 3D Chiral Metamaterial2024

    • 著者名/発表者名
      Kotaro Yamamura, Gemma Otake, Atsushi Ouchi, Daneil Moraru, Atsushi Nakamura, Saroj R. Tripathi
    • 雑誌名

      IEEE Photonics Technology Letters

      巻: 36 号: 7 ページ: 457-460

    • DOI

      10.1109/lpt.2024.3367979

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Polarisation Control in Arrays of Microlenses and Gratings: Performance in Visible-IR Spectral Ranges2023

    • 著者名/発表者名
      Mu Haoran、Smith Daniel、Katkus Tomas、Gailevicius Darius、Malinauskas Mangirdas、Nishijima Yoshiaki、Stoddart Paul R.、Ruan Dong、Ryu Meguya、Morikawa Junko、Vasiliev Taras、Lozovski Valeri、Moraru Daniel、Ng Soon Hock、Juodkazis Saulius
    • 雑誌名

      Micromachines

      巻: 14 号: 4 ページ: 798-798

    • DOI

      10.3390/mi14040798

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Crystalline Flat Surface Recovered by High-Temperature Annealing after Laser Ablation2023

    • 著者名/発表者名
      Daniel Smith, Soon Hock Ng, Amanda Tang, Tomas Katkus, Daniel Moraru, Saulius Juodkazis
    • 雑誌名

      Photonics

      巻: 10 号: 5 ページ: 594-594

    • DOI

      10.3390/photonics10050594

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Single-Charge Tunneling in Codoped Silicon Nanodevices2023

    • 著者名/発表者名
      Daniel Moraru, Tsutomu Kaneko, Yuta Tamura, Taruna Teja Jupalli, Rohitkumar Shailendra Singh, Chitra Pandy, Luminita Popa, Felicia Iacomi
    • 雑誌名

      Nanomaterials

      巻: 13 号: 13 ページ: 1911-1911

    • DOI

      10.3390/nano13131911

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Four-Polarisation Camera for Anisotropy Mapping at Three Orientations: Micro-Grain of Olivine2023

    • 著者名/発表者名
      Shuji Kamegaki, Daniel Smith, Meguya Ryu, Soon Hock Ng, Hsin-Hui Huang, Pegah Maasoumi, Jitraporn Vongsvivut, Daniel Moraru, Tomas Katkus, Saulius Juodkazis, Junko Morikawa
    • 雑誌名

      Coatings

      巻: 13 号: 9 ページ: 1640-1640

    • DOI

      10.3390/coatings13091640

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Challenges and Progress in the Fabrication of Silicon Nanowire Tunnel Diodes2023

    • 著者名/発表者名
      Daniel Moraru
    • 雑誌名

      International Journal of Electrical, Computer, and Biomedical Engineering

      巻: 1 号: 1 ページ: 57-65

    • DOI

      10.62146/ijecbe.v1i1.23

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Fabrication of Organic Light Emitting Diodes (OLEDs) using the Lamination method in a Vacuum-Free Environment2023

    • 著者名/発表者名
      Daris Alfafa, Daniel Moraru, Arief Udhiarto
    • 雑誌名

      International Journal of Electrical, Computer, and Biomedical Engineering

      巻: 1 号: 2 ページ: 54-64

    • DOI

      10.62146/ijecbe.v1i2.24

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Inelastic Cotunneling in the Coulomb-blockade transport of donor-atom transistors2023

    • 著者名/発表者名
      P. Yadav, S. Chakraborty, D. Moraru, and A. Samanta
    • 雑誌名

      Journal of Vacuum Science &Technology B

      巻: 41 号: 1

    • DOI

      10.1116/5.0097509

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Precise Deposition of Carbon Nanotube Bundles by Inkjet-Printing on a CMOS-Compatible Platform2022

    • 著者名/発表者名
      R. S. Singh, K. Takagi, T. Aoki, J.-H. Moon, Y. Neo, F. Iwata, H. Mimura, and D. Moraru
    • 雑誌名

      Materials

      巻: 15 号: 14 ページ: 4935-4935

    • DOI

      10.3390/ma15144935

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Variable-Barrier Quantum Coulomb Blockade Effect in Nanoscale Transistors2022

    • 著者名/発表者名
      P. Yadav, S. Chakraborty, D. Moraru, and A. Samanta
    • 雑誌名

      Nanomaterials (MDPI)

      巻: 12 号: 24 ページ: 4437-4437

    • DOI

      10.3390/nano12244437

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Room-temperature single-electron tunneling in highly-doped silicon-on-insulator nanoscale field-effect transistors2022

    • 著者名/発表者名
      T. Teja. Jupalli, A. Debnath, G. Prabhudesai, K. Yamaguchi, P. Jeevan Kumar, Y. Ono, D. Moraru
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 15 号: 6 ページ: 065003-065003

    • DOI

      10.35848/1882-0786/ac68cf

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Quantum Tunneling Functionalities based on Silicon Nanomaterials and Nanodevices2024

    • 著者名/発表者名
      D. Moraru
    • 学会等名
      1st International Conference on Advanced Functional Materials and Devices (AFMD) 2024
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Analysis of light-induced current noise in codoped silicon nano-transistors2024

    • 著者名/発表者名
      S. Miyagawa, P. Sudha, A. Samanta, and D. Moraru
    • 学会等名
      The 10th International Symposium toward the Future of Advanced Research at Shizuoka University (ISFAR-SU2024)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Study of metal-nanofilm coating of Kelvin force microscope cantilevers for measurements of potential in nanodevices2024

    • 著者名/発表者名
      T. Suzuki, H. Kawanishi, D. Alfafa, and D. Moraru
    • 学会等名
      The 10th International Symposium toward the Future of Advanced Research at Shizuoka University (ISFAR-SU2024)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Study of organic and hybrid electronics based on solution-based deposition2024

    • 著者名/発表者名
      D. Alfafa, A. Udhiarto, and D. Moraru
    • 学会等名
      The 10th International Symposium toward the Future of Advanced Research at Shizuoka University (ISFAR-SU2024)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Effect of Substrate Voltage on Band-to-Band Tunneling of Nanowire Esaki Diodes2024

    • 著者名/発表者名
      B. A. Rianto, D. Alfafa, S. Masui, and D. Moraru
    • 学会等名
      第71回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 機能的な共ドープ Si ナノトランジスタにおける SOI 薄膜の解析2024

    • 著者名/発表者名
      R. Asai, S. Masui, S. Miyagawa, D. Alfafa, and D. Moraru
    • 学会等名
      第71回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] pnトンネルダイオードのための共ドープ超薄膜SOI絶縁体層の解析2024

    • 著者名/発表者名
      S. Masui, R. Asai, B. A. Rianto, Y. Sasaki, and D. Moraru
    • 学会等名
      第71回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Low-intensity Photon Detection Using Codoped-Si Single-Electron Transistors2024

    • 著者名/発表者名
      Pooja Sudha, A. Samanta, S. Miyagawa, and D. Moraru
    • 学会等名
      第71回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Observation of Potential Modulation in Carbon Nanotube Transistors by Kelvin Probe Force Microscopy2024

    • 著者名/発表者名
      H. Kawanishi, D. Alfafa, T. Suzuki, A. Udhiarto, and D. Moraru
    • 学会等名
      第71回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Modification and Ablation of Thin Silicon-on-Insulator Films by fs-Laser2023

    • 著者名/発表者名
      D. Moraru, T. Kaneko, D. Smith, T. Katkus, S. H. Ng, and S. Juodkazis
    • 学会等名
      IEEE Silicon Nanoelectronics Workshop
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Challenges and Progress in the Fabrication of Silicon Nanowire Tunnel Diodes2023

    • 著者名/発表者名
      D. Moraru
    • 学会等名
      5th International Conference on Nano Electronics Research and Education (ICNERE)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Comparative evaluation of electrical properties of carbon nanotube networks deposited on CMOS-compatible platform2023

    • 著者名/発表者名
      H. Kawanishi, R. S. Singh, V. N. Ramakrishnan, M. Shimomura, and D. Moraru
    • 学会等名
      20th International Conference on Global Research and Education (Inter-Academia)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Analysis of the resistance of silicon nanoscale structures highly doped in different configurations2023

    • 著者名/発表者名
      S. Miura, R. Asai, Y. Sasaki, and D. Moraru
    • 学会等名
      20th International Conference on Global Research and Education (Inter-Academia)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Fabrication and characterization of silicon tunnel diodes doped by short-time rapid thermal annealing2023

    • 著者名/発表者名
      Y. Sasaki, S. Masui, S. Miura, and D. Moraru
    • 学会等名
      20th International Conference on Global Research and Education (Inter-Academia)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Single-electron tunneling via random dopants in silicon nanodevices2023

    • 著者名/発表者名
      D. Moraru
    • 学会等名
      6th Autumn School on Physics of Advanced Materials (PAMS-6)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] A proposal for silicon-based ultra-sensitive THz detector2023

    • 著者名/発表者名
      P. Sudha, D. Moraru, and A. Samanta
    • 学会等名
      15th International Conference on Physics of Advanced Materials (ICPAM-15)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] From silicon nanodevices to silicon/carbon-nanotube hybrid nanodevices: a comparative analysis2023

    • 著者名/発表者名
      D. Moraru, H. Kawanishi, D. Alfafa, M. Shimomura, and A. Udhiarto
    • 学会等名
      15th International Conference on Physics of Advanced Materials (ICPAM-15)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Study of codoped silicon-on-insulator thin films for nano-transistor functionality2023

    • 著者名/発表者名
      R. Asai, S. Masui, S. Miyagawa, D. Alfafa, and D. Moraru
    • 学会等名
      25th Takayanagi Kenjiro Memorial Symposium
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Study of the effects of the codoped region in silicon-on-insulator nanoscale pn diodes2023

    • 著者名/発表者名
      S. Masui, R. Asai, B. A. Rianto, Y. Sasaki, and D. Moraru
    • 学会等名
      25th Takayanagi Kenjiro Memorial Symposium
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Inkjet-printed Carbon Nanotubes on Silicon Nano-gaps: An analysis of Electrical Characteristics2023

    • 著者名/発表者名
      Rohit S. Singh, H. Kawanishi, T. Kaneko, K. Takagi, T. Aoki, Y. Neo, H. Mimura, M. Shimomura, and D. Moraru
    • 学会等名
      7th International Conference on Nanoscience and Nanotechnology (ICONN 2023)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Study of current paths through carbon nanotube bundles deposited by inkjet printing2022

    • 著者名/発表者名
      R. S. Singh, K. Takagi, T. Aoki, J. Moon, Y. Neo, H. Mimura, and D. Moraru
    • 学会等名
      The 24th Takayanagi Kenjiro Memorial Symposium
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Design and Optimization of Vertical GaN based Power MOSFETs for Converter Applications2022

    • 著者名/発表者名
      Ramakrishnan V N, Reena D, Nilesh Kumar, Nithish Kumar V, D Moraru
    • 学会等名
      The 24th Takayanagi Kenjiro Memorial Symposium
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Fabrication of carbon nanotube transistor by inkjet printing2022

    • 著者名/発表者名
      R. S. Singh, K. Takagi, T. Aoki, J. Moon, Y. Neo, H. Mimura, and D. Moraru
    • 学会等名
      The 7th International Symposium on Biomedical Engineering (ISBE2022)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Analog/RF performance analysis of GaSb-InP vertical Tunnel Field Effect Transistors2022

    • 著者名/発表者名
      Ramakrishnan V N, Ramkumar K, D. Moraru
    • 学会等名
      13th Annual ISAJ Symposium2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Siナノエサキダイオードの空乏層におけるエネルギー準位を介したトンネル電流の研究2022

    • 著者名/発表者名
      田村 悠太,モラル・ダニエル
    • 学会等名
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 共ドープSiナノトランジスタの単一電子トンネリングに対するバックゲート電圧の影響2022

    • 著者名/発表者名
      金子義,ジュパリ・タルナ・テジャ,モラル・ダニエル
    • 学会等名
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Single-charge tunneling functionalities in co-doped silicon nanostructures for dopant-based electronics2022

    • 著者名/発表者名
      D. Moraru
    • 学会等名
      14th International Conference on Physics of Advanced Materials (ICPAM-14)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Fabrication and characterization of inkjet-printed carbon nanotube-based transistor2022

    • 著者名/発表者名
      Rohitkumar S. Singh, K. Takagi, T. Aoki, J. Moon, Y. Neo, H. Mimura, and D. Moraru
    • 学会等名
      14th International Conference on Physics of Advanced Materials (PAMS-5)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Deposition and manipulation of carbon nanotube bundles on a CMOS-compatible platform2022

    • 著者名/発表者名
      R. S. Singh, K. Takagi, T. Aoki, J. Moon, Y. Neo, F. Iwata, H. Mimura, and D. Moraru
    • 学会等名
      14th International Conference on Physics of Advanced Materials (ICPAM-14)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Transport of electrons one by one through dopants in thin-Si devices2022

    • 著者名/発表者名
      Daniel Moraru
    • 学会等名
      The 29th International Conference on Amorphous and Nano-crystalline Semiconductors (ICANS29)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Towards Practical Implementation of Single-Electron Tunneling via Donor-Induced Quantum Dots in Silicon Nanodevices2022

    • 著者名/発表者名
      D. Moraru
    • 学会等名
      Physics and Its Applications
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Single-electron tunneling through multiple-donor QDs in high-concentration co-doped Si nanoscale transistors2022

    • 著者名/発表者名
      T. T. Jupalli, T. Kaneko, C. Pandy, and D. Moraru
    • 学会等名
      シリコン材料・デバイス研究会(SDM)/電子デバイス研究会(ED)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [備考] Shizuoka University, Moraru Lab website

    • URL

      https://wwp.shizuoka.ac.jp/morarulab/

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [備考] Shizuoka University, Researcher's Database

    • URL

      https://tdb.shizuoka.ac.jp/RDB/public/Default2.aspx?id=11150&l=1

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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