磁気電気容量と量子伝導による多様な形状の2次元電子系の研究

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08217214
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 邑瀬 和生 大阪大学, 大学院・理学研究科, 教授 (50028164)
• 研究分担者: 音 賢一 大阪大学, 大学院・理学研究科, 助手 (30263198) ; 鷹岡 貞夫 大阪大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (50135654)
• キーワード: 2次元電子系 / 量子ホール効果 / エッジ状態 / 電気容量 / アンチドット / 平行磁場 / バリスティック伝導 / 局在

研究概要

GaAs/AlGaAsヘテロ接合、Si-MOSFETなどの2次元電子系(2DES)における様々な量子輸送現象の理解を深めるため、電気容量の精密測定と非局所量子伝導を手段として以下に示す研究を行った。
(1)量子ホール状態での電気容量
量子ホール状態にある2DESとその上に付けたショットキーゲートとの間の電気容量の周波数依存性を調べ、4.2K〜0.4Kの温度範囲で占有数ν=2でのエッジ・チャネルの幅は約1μm程度で、温度変化は見られなかった。また、直流電流の流れた状態での電気容量を調べた。さらに、極低温・強磁場下の量子ホール・プラトーでのσ_<xx>には電場依存性が顕著であることを明らかにした。
(2)アンチドット構造をもつ2DESの磁気抵抗
アンチドットの構造でのホール抵抗の消失の起源を調べるため、アンチドット径を様々に変えたり、様々な配置にして試料を作り比較した。光照射によりキャリア濃度を細かく変えても調べ、ホールプラトーの消失の磁場幅がキャリア濃度に対して単調に変化しないことを見いだした。
(3)平行強磁場中のバリスティック伝導
2次元電子系に平行な向きの強磁場(10T程度)も加え、磁気電子フォーカス効果を用いてバリスティック散乱長に対する影響を調べた。
(4)多結晶SI-MOSFETにおける電子局在
強局在を示す多結晶シリコンのMOSFETの低温での電気伝導と磁気抵抗を詳しく調べた。50K以上の高温領域ではband tailの局在領域からの熱励起により、低温では結晶粒界の局在band tail状態を介したホッピング伝導によるものと考えられる。また、強局在領域で負の磁気抵抗効果を見いだした。

研究成果

• [文献書誌] K.Oto: "Bulk Conductivity at Quantum Hall Plaeaus by Magnetocapacitance Measurement" Physica B. 227. 189-191 (1996)
• [文献書誌] K.Oto: "Edge and Bulk Channels in Quantum Hall Regime Investigated by Capacitance Measurement" Proc.23rd Int.Conf.Physics of Semiconductors,1996,Berlin,Germany.3. 2527-2530 (1996)
• [文献書誌] S.Takaoka: "Comparison of Nonlocal Resistance between Si-MOSFET and GaAs/AlGaAs Heterostructure" Proc.12th Int.Conf.High Magnetic Fidlds in Semiconductor Physics,1996,Wurtzburg,Germany.(印刷中).
• [文献書誌] K.Oto: "Ballistic Scattering Length in the Parallel Magnetic Field in GaAs/AlGaAs Heterostructure" Proc.Int.Conf.on Quantum Devices and Circuits,1996,Alexandria,Egypt.(Imperial College Press). 98-103 (1997)
• [文献書誌] K.Oto: "Influence of Parallel High Magnetic Field on the Ballistic Transport in Two-Dimensional Electron System" Proc.12th Int.Conf.High Magnetic Fields in Semiconductor Physics,1996,Wurtzburg,Germany.(印刷中).
• [文献書誌] K.Tsukagoshi: "On the Mechanism of Commensurability Oscillations in Anisotropic Antidot Lattice," J.Phys.Soc.Jpn.65. 811-817 (1996)
• [文献書誌] K.Tsukagoshi: "Mechanism of Commensurability Oscillations in Anisotropic Antidot Lattice" Physica B. 227. 141-143 (1996)
• [文献書誌] K.Tsukagoshi: "Commensurability Oscillations by Runaway and Pinned Electrons" 9th Int.Conf.Superlattices,Microstructures and Microdevices,1996,Liege,Belgium. (印刷中).
• [文献書誌] K.Tsukagoshi: "Investigation of Hall Resistivity in Antidot Lattices with respect to Commensurability Oscillations" J.Phys.Soc.Jpn.(Letters). 65. 1914-1916 (1996)
• [文献書誌] T.Serikawa: "Transport Properties in Band-Tails of High-Mobility Poly-Si TFTs" Jpn:J.Appl.Phys.35. 937-941 (1996)
• [文献書誌] S.Ishida: "Electron localization in band-tail transport of high-mobility poly-Si TFTs" Journal of Non-Crystalline Solids.198〜200. 1125-1129 (1996)
• [文献書誌] S.Ishida: "Hopping Transport in Band-Tail of Grain Boundaries" Proc.8th Int.Conf.Solid Films and Surfaces,1996,Osaka,Japan.(印刷中).