原子層ステップを利用した自己形成ディジタル回路の試作

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07555112
• 研究機関: 東洋大学
• 研究代表者: 菅野 卓雄 東洋大学, 工学部, 教授 (50010707)
• 研究分担者: 和田 恭雄 (株)日立製作所, 基礎研究所, 主任研究員 ; 花尻 達郎 東洋大学, 工学部, 講師 (30266994)
• キーワード: 微小傾角基板 / 鱗片状ステップ / テラス構造 / 走査型トンネル顕微鏡 / 異方性エッチング / 自己形成化現象 / 単電子トンネル・トランジスタ / 原子間力顕微鏡 / 非対称トンネル障壁

研究概要

微小傾角基板上の自己形成化現象に関しては、以下2つの自己形成化現象(1)超高真空中における高温熱処理により微小傾角基板上のステップバンチング(2)更にその上での金属の凝集現象、を用いてリソグラフィー技術によらずに極微細構造を作製することを試みた。特に(100)面を<011>方向にオフセットした基板において2原子層ステップが直角に交叉する鱗片状ステップ/テラス構造の作製に成功したことを走査型トンネル顕微鏡で確認した。また、更に、角度研磨したシリコン基板をエチレン・ジアミン・ピロカテコールの水溶液を用いて異方性エッチングすることにより、更に大きなサイズの鱗片状ステップ構造が形成されることを原子間力顕微鏡で確認した。次に、自己形成化現象と共にリソグラフィー技術への負担を軽減する単電子トランジスタの作製プロセスとしては、以下の2つの手法によって高集積可能な単電子デバイスの設計・試作を行っている。(1)リセス構造を有するシリコン系単電子デバイス(2)デュアル・ゲートを有する金属系単電子デバイス。上述のデュアル・ゲートを有する金属系単電子デバイスについて4端子デバイスによる「デュアル・ゲート単電子ロジック」を提案した。また、非対称トンネル障壁を単電子デバイスに適用することにより生じる下記の如き有用性を回路シミュレーションにより確認し、非対称トンネル障壁をによって回路設計の自由度が著しく増大することを示し、更に、「ゲート・アレイシステム」の如き、高集積化に適したデバイスの配置方法、回路の構成法についても検討した。これらの方法はいずれも発展途上の段階にあるが、いずれも学会において成果を報告したものでり、次世代集積回路素子として耐えうる性能を有する単電子トンネル・トランジスタを実現させる方法の端緒となるべきものである。

研究成果

• [文献書誌] Y.Matsumoto,T,Hanajiri T.Toyabe,T.Sugano: ""Advantages of the Asymmotric Tunnel Barrier for High Density Integration of Single Electron Devices"" Jpn.J.Appl.Phys.36. 4143-4146 (1997)
• [文献書誌] T.Hanajiri,T.Toyabe T.Sugano: ""Performances of Single Electron Devices with Asymmetric Tunnel Barriers"(invited)" Proc.of 3rd.Int.Workshop on Qnantam Functional Devices. 65-66 (1997)
• [文献書誌] T.Hanajiri,R.Shimizu T.Sugano: ""Formation of Ultra-small Structures on Si utilizing self-organization for Fabrication of Single Electron Devices"" Proc.of 2nd Symposium on Atumic Scale Structnre and Interface Dynamics. 39-40 (1998)
• [文献書誌] 内田,花尻,菅野: "「リセス構造を用いた単電子トランジスタ(II)」" 第58回応用物理学会学術講演会予稿集. II. 58 (1997)
• [文献書誌] 鈴木,花尻,菅野: "「4端子単電子素子の作製プロセス」" 第58回応用物理学会学術講演会予稿集. II. 58 (1997)
• [文献書誌] 理崎,花尻,菅野: "「Si-SiO_2非対称トンネル障壁を有する単電子素子の提案」" 第59回応用物理学会学術講演会予稿集. II. 60 (1998)