絶縁体界面におけるホットエレクトロンの波動現象とその機能デバイス応用

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07455132
• 研究種目: 一般研究(B)
• 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: 渡辺 正裕 東京工業大学, 量子効果エレクトロニクス研究センター, 助教授 (00251637)
• キーワード: 金属-絶縁体ヘテロ接合 / コバルトシリサイド / 弗化カルシウム / 量子サイズ効果 / 量子干渉トランジスタ / ホットエレクトロン / 多重微分負性抵抗特性 / 極微細電子デバイス

研究概要

本研究は、半導体ヘテロ接合には見られない新しい量子サイズ効果を、金属-絶縁体多層ヘテロ接合系の絶縁体界面において発現させ、これを原理とする機能化電子デバイスの実現を目的として行い、以下に述べる実績と次年度への方針を得た。
シリコン基板上に、シリコンに格子定数の非常に近い金属としてCoSi_2、絶縁体としてCaF_2を選択し、それぞれに対して、シリコンとコバルトの2段階成長およびイオン化ビーム結晶成長法を用いて、原子層オーダーの金属-絶縁体極薄膜エピタキシャル多重層を形成した。この構造を用いて、共鳴トンネルによる単一エネルギーのホットエレクトロン放出部と金属/絶縁体/金属の層構造による絶縁体伝導帯での電子干渉部からなるホットエレクトロン量子干渉トランジスタを作製し、絶縁体伝導帯におけるホットエレクトロンの干渉によると考えられる多重微分負性抵抗の観測に成功した。得られた特性は、電圧間隔などが理論的予測とよく一致したほか、トランジスタ本体に寄生する抵抗などの素子の影響で負性抵抗が小さくなっていることが、等価回路シミュレーションにより明らかとなった。さらに、寄生素子を抑圧して明瞭な量子干渉特性を得るためには、デバイスの極微細化が有効であることが明らかとなった。極微細化は、このような量子干渉を顕著に引き出して機能化電子デバイスへの応用の可能性を拓くという点に加えて、金属-絶縁体デバイスの特徴である高キャリア濃度などにより、半導体では制御の難しいと考えられる極微細状況下のデバイス動作の可能性を実際に示すという点においても、重要な方向である。このため、次年度は、電子線リソグラフィおよびデバイス電極形成の各プロセスおよび材料の最適化により、素子の平面構造の微細化を行う計画である。

研究成果

• [文献書誌] M. Asada: "Metal(CoSi_2)/Insulator(CaF_2)Nanometer-Thick Heterostructure and Its Application to Quantum-Effect Devices" J. Vac. Sci. Technol. A. 13. 623-628 (1995)
• [文献書誌] T. Suemasu: "Theoretical and Measured Characteristics of Metal(CoSi_2)/Insulator(CaF_2) Resonant Tunneling Transistors and Influence of Parasitic Elements" IEEE Trans. Electron Devices. 42. 2203-2210 (1995)
• [文献書誌] W. Saitoh: "Multiple Negative differential resistance Due to Quantum Interference of Hot Electron Waves in Metal(CoSi_2)/Insulator(CaF_2) Heterostructures and Influence of Parasitic Elements" Japan. J. Appl. Phys.34. 4481-4484 (1995)
• [文献書誌] M. Watanabe: "Formation of Silicon and Cobalt Silicide Nanoparticles in CaF_2" Japan. J. Appl. Phys.34. 4380-4383 (1995)
• [文献書誌] W. Saitoh: "Metal(CoSi_2)/Insulator(CaF_2) Hot Electron Transistor Fabricated by Electron-Beam Lithography on a Si Substrate" Japan. J. Appl. Phys.34. L1254-L1256 (1995)
• [文献書誌] K. Mori: "Room Temperature Observation of Multiple Negative Differential Resistance in a Metal(CoSi_2)/Insulator(CaF_2) Quantum Interference Transistor" Physica B. (掲載予定). (1996)