ホットエレクトロン顕微鏡による固体電子波現象の直接観測技術の研究

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11355013
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 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: 宮本 恭幸 東京工業大学, 工学部, 助教授 (40209953)
• キーワード: ホットエレクトロン検出 / 走査ホットエレクトロン顕微鏡 / トンネル電流ノイズ特性 / トンネル透過率空間分布 / ホットエレクトロンエミッタ / AlAs / GaInAsヘテロ構造 / バリスティック電子輸送 / エネルギ緩和特性

研究概要

走査型ホットエレクトロン顕微鏡(SHEM)実現に向けて、本年度は、探針によるホットエレクトロン検出特性向上、通常のSTMに改造を加えた装置構築、SHEM動作のモデル化と数値シミュレーション、半導体ホットエレクトロンエミッタ作製、を行った。
まず固定点でのホットエレクトロン検出特性向上に向けて、ノイズ解析を行い、定常ノイズは積分処理で、また非定常ノイズはディジタル的除去処理を行って30秒以内でのホットエレクトロン検出を実現した。その後、非定常ノイズ発生と探針高さ制御フィードバックループ不安定性との相関を突き止め、ループの安定化を計ることでロックインアンプによる積分処理のみによる検出を可能にした。
上記成果を基に、通常のSTMにロックインアンプ信号処理系を付加し、ノイズ除去に必要な時間だけ1点毎に停止しながら2次元走査をするためのソフトウエア変更を加えることでSHEM装置を設計作製し、8x8点の自動連続測定によりその動作を確認した。
実験と並行して、探針試料間の3次元ポテンシャル分布電磁気学解析とポテンシャルバリア電子輸送の量子力学解析とを組み合わせたホットエレクトロン検出シミュレーションを行い、空間分解能、検出電流値、ホットエレクトロンエネルギの関係を解明した。
シミュレーションからの知見を基に所要エネルギをもつホットエレクトロンを放射できるエミッタとしてAlAs/GaInAs系ヘテロ構造を解析および設計し、OMVPE法により作製した。ダイオード動作、耐圧については所望特性が得られたが、放出ホットエレクトロンのエネルギ分析は今後の課題に残された。
以上により次年度の研究展開の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 incoherent 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 hipolar 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 calculation 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 ezperimental 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/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)