単一電子トンネリング現象を利用した機能素子とその応用に関する研究

1994 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 05452188
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 谷口 研二 大阪大学, 工学部, 助教授 (20192180)
• 研究分担者: 森藤 正人 大阪大学, 工学部, 助手 (00230144) ; 浜口 智尋 大阪大学, 工学部, 教授 (40029004)
• キーワード: 単一電子トンネル素子 / 疑似CMOSロジック回路 / トンネル・キャパシタ

研究概要

当該年度内における研究成果は下記の通りである。
(1)回路シミュレーション技術を用いて単一電子トンネリング素子に特徴的な素子の増幅機能を最大限に生かすための素子構造を検討した。電流駆動能力を向上させるにはトンネル接合抵抗をできる限り小さくすることが必要であるが、小さくし過ぎると同時トンネル現象によって回路の誤動作が起こるため、最適な値があることを示した。
(2)素子のスケーリング則を明らかにした。素子の容量をスケーリングすると電流、電圧が大きくできるメリットがあるものの、ジュール熱によって接合部の温度が高くなる問題が派生してくることを明らかにした。この接合部の温度はスケーリング係数の3乗に比例して高くなるので、素子を微小にし過ぎると単一電子素子の性能を十分には発揮できないことが分かった。
(3)インバータチェインの解析を通して、回路動作を安定に行なうには、比較的大きな負荷容量を経由してデータを転送することが効果的であることを明らかにはた。これは、次段ゲートの電荷配置の影響をスクリーニングするためである。応答速度と消費電力とのトレードオフによって最適な負荷としては電子が15個入ったときに論理が“1"となる多数論理が有効であることを示した。
(4)現有設備の電子ビーム描画装置を使ってGaAs/AlGaAsヘテロ構造上に単一電子トンネリング素子を作成する基礎プロセスを立ちあげた。

研究成果

• [文献書誌] M.Kirihara,N.Kawamura,K.Taniguchi and C.Hamaguchi: "Monte Carlo Study of Single Electron Devices" Extended Abstracts of International Conference on Solid State Devices and Materials. 26. 328-330 (1994)
• [文献書誌] K.Taniguchi,M.Kirihara,N.Kawamura and C.Hamaguchi: "Digital Circuit Applications of Single Electron Tunneling Devices" Proc.of the 13th Symposinm on Future Electron Devices. 13. 34-37 (1994)
• [文献書誌] 谷口研二,桑村信博,浜口智尋: "電子1個で電流を制御する究極のデバイス" 生産技術. 46. 52-54 (1994)
• [文献書誌] 谷口研二,桑村信博,浜口智尋: "単一電子トンネル現象を用いた電子デバイスの可能性" 電子学会誌. 114. 371-375 (1994)
• [文献書誌] 桑村信博,谷口研二,浜口智尋: "単一電子論理回路のシミュレーション" 電子情報通信学会論文誌C. 77. 221-228 (1994)