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

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07455132
• 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 / 絶縁体超格子 / コバルトシリサイド / 弗化カルシウム / イオン化ビーム結晶成長 / 量子効果デバイス / ホットエレクトロンの干渉 / 量子干渉トランジスタ

研究概要

本研究は、半導体ヘテロ接合では見られない新しい量子サイズ効果を、金属一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、以下の成果を得た。
シリコン基板上に金属/絶縁体(CoSi_2/CaF_2)原子層オーダーの極薄膜多層構造を、絶縁体に対してイオン化ビーム低温結晶成長法、シリサイド金属に対してシリコンとコバルトの二段階成長法を用いて形成した。得られた構造に対して、絶縁体伝導帯に注入したホットエレクトロンの金属/絶縁体界面での干渉現象を観測するため、共鳴トンネルエミッタと金属-絶縁体-金属の垂直入射型電子波干渉計の構造を有するトランジスタを試作した。昨年度までに、本研究において、このトランジスタ構造によってホットエレクトロンの干渉現象に起因すると見られる電流-電圧特性中の多重微分負性抵抗が微少な量だけ観測されているが、素子に寄生的に存在するリ-ク電流と抵抗分のために、負性抵抗のピークバレー比は極めて小さく、また、観測は液体窒素温度以下のみで、室温では不可能であった。本年度は、寄生抵抗分の影響を除去して干渉特性を明瞭にするために、素子の平面寸法を電子ビームリソグラフィを用いて微細化することを提案し、その作製プロセスを確立した。このプロセスによって得られた金属/絶縁体量子干渉トランジスタの電流電圧特性を測定し、室温において干渉による多重微分負性抵抗を観測した。この特性から、寄生抵抗分の影響が素子の極微細化によって抑圧されていることが結論された。さらに、素子特性劣化のもう一つの原因であるリ-ク電流について、素子特性の平面寸法依存性から、その原因を列挙し、それらと作製プロセスとの関連を明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] Masahiro ASADA: "A Possible Three-Terminal Amplifier Device in the Terahertz Frequency Range Using Photon-Assisted Tunneling" Japanese Journal of Applied Physics. 35[6A]. L685-L687 (1996)
• [文献書誌] Wataru SAITOH,et al: "Proposal and Analysis of Very Short Channel Field Effect Transistor Using Vertical Tunneling with New Heterostructures on Silicon" Japanese Journal of Applied Physics. 35[9A]. L1104-L1106 (1996)
• [文献書誌] Masahiro ASADA: "Proposal and Analysis of a Three-Terminal Photon-Assisted Tunneling Device Operating in the Terahertz Frequency Range" IEICE Transaction Electronics. E79-C[11]. 1537-1542 (1996)
• [文献書誌] Takashi SUEMASU,et al: "Transfer Efficiency of Hot Electron in a Metal (CoSi2)/Insulator (CaF2) Quantum Interference Transistor" Surface Science. 361/362. 209-212 (1996)
• [文献書誌] Kaoru MORI,et al: "Room-Temperature Observation of Multiple Negative Differential Resistance in a Metal (CoSi2) Insulator (CaF2) Quantum Interference Transistor Structure" Physica B. 227. 213-215 (1996)
• [文献書誌] Yoshifumi KOHNO,et al: "Theoretical Base Current in Metal/Insulator Resonant Tunneling Transistors Based on Electron Wave Scattered by Base Port Structure" Physica B. 227. 216-219 (1996)