シリコンMOS素子におけるゲート絶縁膜中の不純物スピンを利用したメモリ素子

• 研究課題/領域番号: 26630167
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 電子デバイス・電子機器
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 大野 圭司 国立研究開発法人理化学研究所, 石橋極微デバイス工学研究室, 専任研究員 (00302802)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2016年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2015年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2014年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
• キーワード: 電子スピン / 核スピン / 量子ドット / 半導体 / スピン

研究成果の概要

シリコンMOSトランジスタ構造においてゲート絶縁膜の内部に意図的にドナーおよびアクセプター的な不純物の導入により局在準位を導入し、そのゲートリーク電流特性に現れる、局在準位を介したトンネル電気伝導を扱う。この系と、“人工的に形成された局在準位”を介した電気伝導を扱う量子ドット素子との類似性に着目し、申請者がこれまで量子ドット素子研究で培ってきた局在準位を介した電気伝導、特にそこに現れる電子スピン・核スピン効果に関する知識と経験をもとに、MOS構造において絶縁膜中の局在準位の電子スピンおよび核スピン状態の電気的制御を行うことで新しいメモリ素子の可能性を探索する。

研究成果

• [雑誌論文] Critical Behavior of Alternately Pumped Nuclear Spins in Quantum Dots (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Kondo, S. Amaha, K. Ono, K. Kono, and S. Tarucha
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 115 号: 18 ページ: 18603-18603
  • DOI: 10.1103/physrevlett.115.186803
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Electronic Magnetization of a Quantum Point Contact Measured by Nuclear Magnetic Resonance. (2015)
  • 著者名/発表者名: Minoru Kawamura, Keiji Ono, Peter Stano, Kimitoshi Kono, and Tomosuke Aono
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 115 号: 3 ページ: 036601-036601
  • DOI: 10.1103/physrevlett.115.036601
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Dynamic creation of a topologically-ordered Hamiltonian using spin-pulse control in the Heisenberg model (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Tanamoto,K. Ono,Y. X. Liu, and F. Nori,
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 5 号: 1 ページ: 10076-10076
  • DOI: 10.1038/srep10076
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Spin blockade in a double quantum dot containing three electrons (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Amaha, W. Izumida, T. Hatano, S. Tarucha, K. Kono, K. Ono
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 89巻 号: 8 ページ: 85302-85302
  • DOI: 10.1103/physrevb.89.085302
  • 査読あり
• [学会発表] スピン量子ビットによるMotional averaging (2017)
  • 著者名/発表者名: 大野圭司、森貴洋、森山悟士
  • 学会等名: 日本物理学会第72回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] Emerging Quantum Information Technologies - Quantum for sustaining the Moore’s law (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Ono
  • 学会等名: SSDM2016
  • 発表場所: Tsukuba international conference center, Tsukuba, Japan
  • 年月日: 2016-09-26
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] シリコントンネルトランジスタにおける深い準位を介した単一電子輸送とマイクロ波応答 (2016)
  • 著者名/発表者名: 森山悟士、森貴洋、大野圭司
  • 学会等名: 日本物理学会2016年秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学角間キャンパス
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] Single charge and single spin effect in silicon CMOS devices (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Ono
  • 学会等名: Low-Dimensional Science workshop 2016
  • 発表場所: National Chung Hsing University, Taichung, Taiwan
  • 年月日: 2016-08-28
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 短チャネルトンネルトランジスタにおける結合量子ドット的電子輸送とマイクロ波応答 (2016)
  • 著者名/発表者名: 森山悟士, 森貴洋, 大野圭司
  • 学会等名: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東京工業大学大岡山キャンパス(東京都・目黒区）
  • 年月日: 2016-03-20
• [学会発表] TFETにおけるチャージポンピングとスピン効果 (2016)
  • 著者名/発表者名: 大野圭司, 森貴洋, 森山悟士
  • 学会等名: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東京工業大学大岡山キャンパス(東京都・目黒区）
  • 年月日: 2016-03-20
• [学会発表] Quantum-dot devices in CMOS-compatible tunnel field-effect transistors (TFETs) (2016)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Moriyama, Takahiro Mori, Keiji Ono,
  • 学会等名: Quantum-CMOS Integration Technology (QCIT) Workshop
  • 発表場所: Delft, Netherlands
  • 国際学会
• [学会発表] ON current boosting in Silicon-based Tunnel FETs Utilizing Isoelectronic Trap Technology (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Mori, Y. Morita, S. Migita, K. Hukuda, Q. Mizubayashi, T. Yasuda, M. Masahoku, T. Matsukawa, H. Ota, S. Moriyama, K. Ono, S. Iizuka, T. Nakayama
  • 学会等名: The 2015 International Workshop on “Dielectric Thin Films for Future Electron Devices (2015 IWDTF)
  • 発表場所: Miraikan（東京都・江東区）
  • 年月日: 2015-11-03
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] シリコンMOS素子における単一電子スピン効果 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大野圭司
  • 学会等名: シンポジウム量子情報へ向けたシリコンテクノロジーからの挑戦、第76回応用物理学会秋期学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場（愛知県・名古屋市）
  • 年月日: 2015-09-15
  • 招待講演
• [学会発表] Room-temperature single-electron transistor based on tunnel field-effect transistor (TFET) and deep level (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Ono, T. Mori, S. Moriyama
  • 学会等名: Silicon Quantum Electronics Workshop 2015
  • 発表場所: Kagawa international conference hall（香川県・高松市）
  • 年月日: 2015-08-04
  • 国際学会
• [学会発表] Si短チャンネルMOS素子における欠陥準位制御と電子スピン共鳴 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大野圭司
  • 学会等名: 日本物理学会第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学早稲田キャンパス
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
  • 招待講演
• [学会発表] 短チャネルトンネルトランジスタにおけるAl-Nイオン注入で形成した深い準位を介する単一電子輸送 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大野圭司, 森貴洋, 森山悟士
  • 学会等名: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス
  • 年月日: 2015-03-11 – 2015-03-14
• [学会発表] 短チャネルトンネル電界効果トランジスタにおける深い準位を介した単一電子輸送 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大野圭司, 森貴洋, 森山悟士
  • 学会等名: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学札幌キャンパス
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [学会発表] 短チャネルMOSFETにおける電子スピン共鳴とスピン軌道相互作用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大野圭司, 棚本哲史, 大黒達也, G. Giavaras，F. Nori
  • 学会等名: 日本物理学会2014年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学春日井キャンパス
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-11
• [学会発表] Spin Blockaded State Transition & Bi-Stability of Two Stable Nuclear Spin Fixed Points in Coupled Quantum Dots (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Amaha, G. Kurosawa, Y. Kondo, K. Ono, S. Tarucha
  • 学会等名: ICPS 2014
  • 発表場所: Austin convention center, Austin, Texas, USA
  • 年月日: 2014-08-10 – 2014-08-14