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CdF_2とCaF_2をSi基板上にヘテロエピタキシャル成長させた系では、CaF_2をバリア層、CdF_2を井戸層とする電子に対する深い量子井戸構造が形成でき、室温でも強い量子閉じ込め効果が期待できる。これまで、このヘテロ系において室温で非常に顕著な負性抵抗特性を示す共鳴トンネルダイオードの動作などが示されてきた。しかし、このようなトンネル効果を利用するデバイスでは電子に対するエネルギーバリア(約2.9eV)が大きすぎるためにバリア層を3分子層程度まで薄くする必要があるなど、製作技術上の制約も大きかった。本研究では、この二つの弗化物の混晶をエピタキシャル成長する技術を開発し、半導体で広く行われているのと類似のバンドエンジニアリングを弗化物系で実現し、デバイス応用において材料の物性定数の自由度を広げることを目指している。
初年度は、まず、分子線エピタキシーによるCa_xCd_<1-x>F_2混晶層の成長条件を、Si基板表面に極薄く形成するCaF_2バッファ層の薄層化、混晶層の成長温度を中心に検討し、CaF_2バッファ層は2分子層相当まで薄くできること、その上に約200℃で全組成領域に渡って混晶層が平坦性と結晶性いずれもを維持しながら成長可能であることを示した。続いて、この方法で成長する混晶層を3nm程度まで薄くし、表面にアルミニウム電極を蒸着形成したMIS構造の電流電圧特性の検討から、Caの組成が少なくなるにつれて直接トンネル電流成分が増大する傾向を見出し、混晶化によってCaF_2単体に比べて電子に対するエネルギー障壁が低減している可能性を示した。
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