金属・絶縁体単結晶極薄膜 超高速電子デバイスの基礎研究

1992 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 03452179
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 浅田 雅洋 東京工業大学, 工学部, 助教授 (30167887)
• 研究分担者: 宮本 恭幸 東京工業大学, 工学部, 助教授 (40209953)
• キーワード: 超高速電子デバイス / 金属・絶縁体ヘテロ接合 / エピタキシャル成長 / 金属シリサイド / 弗化物絶縁体 / 共鳴トンネルダイオード / ホットエレクトロントランジスタ

研究概要

本研究は、金属・絶縁体を用いた超高速電子素子を実現するための基礎研究として、金属・絶縁体単結晶極薄膜の形成技術を確立し、原子層オーダーの金属単結晶薄膜および、金属・絶縁体超格子の物性に関する理論的・実験的な学問的基礎を確立するとともに、この積層構造を用いた電子素子を形成し、その増幅特性・応答速度等の基礎特性を明らかにすることを目的とし、本年度は以下に述べる研究成果を得た。
昨年度までに得られた、コバルトシリサイドおよび弗化カルシウムからなる金属・絶縁体極薄へテロ多重層の結晶成長技術を用いて、超高速電子素子の基本となるホットエレクトロントランジスタを試作し、金層・絶縁体では初めてのトランジスタ動作を達成した。動作温度は77Kで、0.9以上の電子伝送効率およびエミッタ接地動作において150にもおよぶ徴小信号増幅率が得られた。得られたトランジスタ特性は、通常の半導体の場合と異なり、電流飽和特性ではなく、この理論的・実験的検討が今後の課題となったが、ここで得られた結果により、金属・絶縁体を用いた超高速三端子素子実現の可能性が開かれた。
さらに、同じく金属・絶縁体極薄へテロ多重層の結晶成長技術を用いて、金属・絶縁体では初めての共鳴トンネルダイオードを試作し、徴分負性抵抗動作を達成した。素子は77Kおよび室温において動作し、電流電圧特性におけるピーク/バレー比は77Kで最大25、室温では2であった。この結果により、金層・絶縁体ヘテロ構造における電子波の共鳴が実証された。
以上の成果により、金属・絶縁体を用いた量子効果超高速三端子素子を実現するために必要な電子伝導および電子波共鳴に関する理論的・実験的基礎が得られた。

研究成果

• [文献書誌] M.Watanabe,et.al: "Epitaxial Growth and Electrical Conductance of Metal(CoSi2)/Insulator(CaF2) Nanometer-Thick Layered Structures on Si(111)" Journal of Electronic Materials. 21. 783-789 (1992)
• [文献書誌] M.Watanabe,et.al: "Nagative differential resistance of metal(CoS12)/insulator(CaF2) triple-barrier resonant tunneling diode" Applied Physics Letters. 62. 300-302 (1993)
• [文献書誌] T.Suemasu,et.al: "Room temperature negative defferential resistance of metal(CoSi2)/insulator(CaF2) resonant tunneling deode" Electronics Letters. 28. 1432-1433 (1992)
• [文献書誌] S.Muratake,et.al: "Transistor action of metal(CoSi2)/insulator(CaF2) hot electron transistor structure" Electronics Letters. 28. 1002-1003 (1992)
• [文献書誌] M.Watanabe,et.al: "Epitaxial Growth of Metal(CoSi2)/Insulator(CaF2) Nanometer-Thick Layered Structure on Si(111)" Japanese Journal of Applied Physics. 31. L116-L118 (1992)
• [文献書誌] M.Watanabe,et.al: "RHEED Oscillation During CaF2 growth on Si(111) by Partially Ionized-Beam-Epitaxy" Japanese Journal of Applied Physics. 32(Febr). (1993)