タングステン細線バイプリズムによる干渉を用いた半導体中電子波の横コヒーレンス解明

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10305024
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 古屋 一仁 東京工業大学, 工学部, 教授 (40092572)
• 研究分担者: 町田 信也 東京工業大学, 工学部, 助手 (70313335) ; 宮本 恭幸 東京工業大学, 工学部, 助教授 (40209953)
• キーワード: タングステン細線 / 電子波 / バイプリズム / 量子ビーム伝搬法 / ホットエレクトロンエミッタ / 横コヒーレンス / メタルステンシル法 / OMVPEタングステン埋込

研究概要

本年度は理論および実験的に研究を推進し以下の成果を得た。まず理論面ではタングステン細線バイプリズムの実際構造における電子波伝搬シミュレーションを量子ビーム伝搬法を開発して行った。その結果、コントラストの高い干渉縞を3本以上出現させるためにはダブルバリア共鳴構造ホットエレクトロンエミッタが有効であり、そのエミッタ電極のフェルミエネルギは0.3meVの精度で制御する必要があることを明らかにした。これを実現するためにゲート電極を新たに付加した半導体ヘテロ構造を考案した。さらに磁場下のシミュレーションを行い、磁場を変化させて干渉縞をスクリーン上でシフトさせることが干渉縞形性を確認するのに有効であることを見出した。次に実験面ではタングステン細線をメタルステンシル法を開発して作製し、GaInAsおよびGaAsのOMVPE結晶成長によりタングステン細線を埋め込むための条件を求めた。良好に埋込み平坦な上面が得られるための細線結晶方位、成長速度、温度などが解明された。これらの条件の下で幅25nm埋込み細線作製を達成した。干渉縞を観測するための周期電極をリフトオフ法を開発して作製し周期80nmを達成した。この周期電極による微小電流空間分布測定を試みたところ、異常な時間的電流変動、隣接電極間での電流リークなど干渉縞観測上の問題点を見出し、これらを抑制するための構造を考案した。
以上と平行して、半導体中電子の位相コヒーレンスを共鳴構造における共鳴線幅から評価した。
以上により来年度の研究推進に向けた基礎を築くことができた。

研究成果

• [文献書誌] N.Machida: "Analysis of phase-breaking effects in triple-barrier resonant-tunneling diodes"Jpn. J. Appl. Phys.,. 38. 4017-4020 (1999)
• [文献書誌] N.Machida: "Analysis of electron incoherent effects in solid-state biprism devices"Physica B. 272. 82-84 (1999)
• [文献書誌] N.Machida: "Analysis of electron Incoherence effects In solid-state baiprism devices"11^<th> International Conference on Nonequilibrium Carrier Dynamics In Semiconductors. MoP-21. 57 (1999)
• [文献書誌] 町田信也: "電子波干渉観測のための固体バイプリズム設計"電子情報通信学会電子デバイス、シリコン材料・デバイス研究会. 99. 79-86 (2000)
• [文献書誌] M.Suhara: "Gated tunneling structure with buried tungsuten grating adjacent to semiconductor heterostructures"Jpn. J. Appl. Phys.. 38. 3466-3469 (1999)
• [文献書誌] T.Arai: "Toward nano-metal buried in InP structure -20 nm wide tungsten wires and InP buried growth of Tungsten"9^<th> International Conference on Modulated Semiconductor Structures. D-21. (1999)
• [文献書誌] T.Arai: "Proposal of Buried Metal Heterojunction Bipolar Transistor and Fabrication of HBT with Buried Tungsten"11^<th> International Conference on Indium Phosphide and Related Materials. TuA1-4. 11^<th> International (1999)
• [文献書誌] 新井俊希: "埋込みタングステンメッシュをコレクタ電極として使用したHBTの作製"電子情報通信学会電子デバイス研究会. ED99-196. (1999)
• [文献書誌] T.Arai: "C_<BC> reduction in GaInAs/InP buried metal heterojunction bipolar transistor"12^<th> International Conference on Indium Phosphide and Related Materials. (発表予定). (2000)
• [文献書誌] B.Hansson: "Simulation of Interference patterns In solid-state biprism devices"Sold State Electronics. (発表予定). (2000)
• [文献書誌] B.Y.Zhang: "Comparison between Fermi-Dirac and Boltzmann methods for band-bending calculations of Si/CaF_2/Au hot electron emitter"Jpn. J. Appl. Phys.. 38. 1905-1908 (1999)
• [文献書誌] B.Y.Zhang: "Design and experimental characteristics of n-Si/CaF2/Au hot electron emitter for use In scanning hot electron microscopy"Jpn. J. Appl. Phys.. 38. 4887-4892 (1999)
• [文献書誌] B.Y.Zhang: "Theoretical and experimental characterizations of hot electron emission of n-Si/CaF_2/Au emitter used In hot electron detection experiment"Physica B. 38. 425-427 (1999)
• [文献書誌] B.Y.Zhang: "A versatile hot electron emitter of InGaAs/AlAs heterostructure with wide energy range at high current density"Physica E. (発表予定). 82-84 (2000)
• [文献書誌] B.Y.Zhang: "A versatile hot electron emitter of InGaAs/AlAs heterostructure with wide energy range at high current density"9^<th> International Conference on Modulated Semiconductor Structures. N-13. 279 (1999)
• [文献書誌] B.Y.Zhang: "Theoretical and experimental characterizations of hot electron emission of n-Si/CaF_2/Au emitter used In hot electron detection experiment"11^<th> International Conference on Nonequilibrium Carrier Dynamics In Semiconductors. ThP-18. 182 (1999)
• [文献書誌] Y.Miyamoto: ""Barrier thickness dependence of peak current density in GaInAs/AlAs/InP resonant tunneling diodes by MOVPE""Solid State Electronics. 43. 1395-1398 (1999)
• [文献書誌] Y.Miyamoto: "Anomalous Current in 50 nm width Au/Cr/GaInAs Electrode for electron wave interference device"3^<rd> International Symposium on Control of Semiconductor Interface. A5-6. (1999)