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室温動作量子効果デバイス実現のために、InAs系材料に課せられるサイズの制約、ならびにそれを実現するための加工技術について検討した。
高温で量子効果を観測するためには、デバイスの微細化が必要となるが、デバイスの微細化にともない、帯電効果による単電子現象も発現する。InAs/AlGaSbヘテロ構造をディスク構造に加工した場合の、帯電エネルギーと量子閉じ込めエネルギーを見積もり、ディスクの半径が150nm程度で両者が競合する領域に入ることを見い出した。このような領域では、これまでには観測されていない物理現象が現われ、新しい動作原理に基づくデバイスの開発にも重要である。
上記の検討をもとに、原子間力顕微鏡による酸化プロセスを活用したInAs/AlGaSbヘテロ構造の微細加工技術の検討を行い、デバイス作製に適用可能なプロセスを確立した。
GaSb層のAFM酸化と水による選択的エッチングにより、ヘテロ構造の表面に0.3μmの周期構造を持つ試料を作製し、その磁気抵抗を測定し、加工周期を反映した磁気抵抗振動(Weiss振動)の観測に成功した。
さらに、現像液と酢酸系エッチングを組み合わせ、深い溝加工を実現し、サイドゲートによるトランジスタ動作を確認し、単電子デバイスの作製にも適用できるプロセスを実現した。今後は、一層微細化を進めるとともにデバイス構造の検討を行い、量子効果と単電子現象が複合した電気的特性の評価を進める予定である。
また、今年度はタイプIIバンド構造に係わる量子効果のデバイス応用を検討するために、InAs/AlSb/GaSbバンド間共鳴トンネルダイオードの結晶成長、デバイスプロセスの検討ならびに、初期的な電流電圧特性や磁気抵抗効果の評価を行い。室温での高いピーク・バレー電流比など良好なデバイス特性が実現できることを確認した。
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