量子化材料ネオシリコンの開発と単電子デバイス応用

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11355014
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 小田 俊理 東京工業大学, 量子効果エレクトロニクス研究センター, 教授 (50126314)
• 研究分担者: 嶋田 寿一 日立製作所, 中央研究所・企画室, 室長 ; 畑谷 成郎 東京工業大学, 工学部, 助手 (90302942)
• キーワード: ナノ結晶シリコン / パルスプラズマプロセス / シリコン表面 / 微細加工プロセス / 単電子トンネル / 量子ドット相関 / バリスティック伝導

研究概要

1.パルスプラズマプロセスで形成したナノ結晶の酸素中熱処理による表面酸化とエッチングの機構を調べた。粒径10nmレベルのナノ結晶では、表面ストレスにより酸化速度が低減すること、バルクで報告されているより高い圧力でエッチングが起こることを見いだした。
2.電極間隔15nmの超微細シリコン構造を電子ビーム露光法で形成し、ナノ結晶シリコンを堆積して1-2個のシリコンドットの電子輸送特性を調べた。安定した単電子トンネル特性を観測することが出来た。温度を5Kまで冷却すると、電極とナノ結晶ドットとの電子障壁が変化することから、電流のパスが変わり、隣接するドットとの結合状態に関する情報が得られた。
3.縦形電極構造を形成して、シリコン酸化膜中に設けたテーパ状小孔に堆積したナノ結晶シリコンの電気特性を調べた。CVDで堆積するポリシリコン電極の被覆性により1個のドットによるとみられる単電子トンネル特性を観測した。
4.縦形電極構造にラップ状ゲート電極を設けて微少シリコントランジスタを形成し、無衝突伝導量子化コンダクタンス現象を観測した。

研究成果

• [文献書誌] K.Nishiguchi and S.Oda: "Conductance quantization in nanoscale vertical-structure silicon field-effect transistors with a wrap gate"Applied Physics Letters. (i press). (2000)
• [文献書誌] A.Dutta,and S.P.Lee,S.Hatatani and S.Oda: "Silicon Based Single Electron Memory Using Multi-Tunnel Junction Fabricated by Electorn Beam Direct Writing"Applied Physics Letters. 75. 1422-1424 (2000)
• [文献書誌] A.Dutta,S.P.Lee,Y.Hayahune,S.Hatatani and S.Oda: "Single Electron Tunneling Devices Based on Silicon Quantum Dots Fabricated by Plasma Process"Japanese Journal of Applied Physics. (in press). (2000)
• [文献書誌] A.Dutta,S.P.Lee,Y.Hayahune and S.Oda: "A Novel Technique of Electron-Beam Direct-Writing for Fabrication of Nano-Devices"Japanese Journal of Applied Physics. (in press). (2000)
• [文献書誌] A.Wang,T.Yasuda,S.Hatatani and S.Oda: "Enhanced Dielectric Properties in SrTiO3/BaTiO3 Strained Superlattice Structures Prepared by Atomic-Layer Metalorganic Chemical Vapor Deposition"Japanese Journal of Applied Physics. 38. 6817-6820 (1999)
• [文献書誌] Y.Fu,A.Dutta,M.Willander and S.Oda: "Electron wave interaction and carrier transport in Si-nanocrystal-based transistor"Journal of Applied Physics. (in press). (2000)
• [文献書誌] K.Nishiguchi,S.Hara,T.Amano,S.Hatatani and S.Oda: "Preparation of Nanocrystalline Silicon Quantum Dots by Pulsed Plasma Processes with High Deposition Rates"Materials Research Society Symposium Proceedings. (in press). (2000)
• [文献書誌] F.Yun,B.J.Hinds,S.Hatatani,S.Oda,Q.X.Zhao and M.Willander: "Study of Structural and Optical Properties of Nanocrystalline Silicon Embedded in SIO2"Thin Solid Films. (in press). (2000)
• [文献書誌] Y.Fu,M.Willander,A.Dutta and S.Oda: "Electron conduction through Si-Nanocrystal-based single electron transistor at zero gate bias"Journal of Applied Physics. (in press). (2000)
• [文献書誌] A.Dutta,S.Oda,Y.Fu and M.Willander: "Electron Transport in Nanocrystalline-Si Based single ElectronTransistors"Japanese Journal of Applied Physics. (in press). (2000)
• [文献書誌] B.J.Hinds,K.Nishiguchi,A.Dutta,T.Yamanaka,S.Hatatani and S.Oda: "Two-Gate Transistor for the Study of Si/SiO2 Interface in SOI Nano-Channel and Nanocrystalline Si memory Device"Japanese Journal of Applied Physics. (in press). (2000)
• [文献書誌] D.F.Moore,W.I.Milne and S.Oda: "Nanostructured Materials and Devices for Sensor and Eletronic Applications"IEE Power Engineering Journal. 13(2). 89-93 (1999)