相反原理に基づく走査プローブによる電子波回折観測

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15360184
• 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, 大学院・理工学研究科, 教授 (40092572)
• 研究分担者: 町田 信也 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助手 (70313335) ; 宮本 恭幸 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助教授 (40209953)
• キーワード: ホットエレクトロン / 弾道電子放出顕微鏡 / 量子相反性 / 波面 / 電子波回折 / 位相シフタ / バリシティック電子輸送 / 半導体

研究概要

相反原理に基づく走査プローブによるホットエレクトロン波回折観測に向けて、本年度は、通常のSTMに改造を加えた弾道電子放出顕微鏡(BEEM)技術の構築、位相シフタ回折素子設計のためのシミュレーター開発を行なった。
まず空間の一点からバリスティックホットエレクトロンを半導体中へ打ち込み、基板裏面から注入電子電流量を測定する技術開発を現有のSTMを改造することで行なった。室温、GaAs/Auショットキー素子において、測定系の電流検出精度をピコアンメータのオフセット電圧による熱電子電流で決定されるレベルまで高精度化し、定常ノイズ除去に必要な積分処理時間条件を突き止め、ショットキー障壁を越えるエネルギを持つバリスティックホットエレクトロンを半導体中へと注入する技術を得た。次に二次元空間での像取得のため、長時間安定しホットエレクトロン注入を可能とする条件把握を行い、定常ノイズ除去時間だけ一点に停止しながら二次元走査が行なえる新制御装置により、32x32点の二次元ショットキー障壁高さの分布像を取得できた。二次元空間で均一な電子注入を行なうための条件把握は課題である。以上から、低温にすることでInP系素子による実験へと大きく前進した。
これと並行して、回折観測に最適な素子設計のためのシミュレーション技法の開発を行なった。時間領域有限差分法(FDTD)による二次元シュレディンガー方程式解法をベースに、回折実験を高速に解析するシミュレーターの大部を完成し、位相シフタ素子による回折コントラスト取得のための注入電子の許容エネルギ広がりを明らかにした。また、我々の実験構成で相反原理が適用可能となるための電子エネルギ条件、プローブ分解能条件を把握した。
以上の結果、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] K.Furuya et al.: "Young's Double-Slit Interference Observation of Hot Electrons in Semiconductors"Physical Review Letters. 19・21. 216803-1-216803-4 (2003)
• [文献書誌] K.Yokoyama et al.: "Fabrication of GaInAs/InP Heterojunction Bipolar Transistors with a Single Tungsten Wire as Collector Electrode"Japanese Journal of Applied Physics. 42・12B. L1501-L1503 (2003)
• [文献書誌] K.Miyamoto et al.: "InP Hot Electron Transistors with a Buried Metal Gate"Japanese Journal of Applied Physics. 42・12. 7221-7226 (2003)
• [文献書誌] K.Takeuchi et al.: "InP Hot Electron Transistors with Emitter Mesa Fabricated between Gate Electrodes for Reduction in Emitter-Gate Gate-Leakage Current"Japanese Journal of Applied Physics. 43・2A. L183-L186 (2004)
• [文献書誌] K.Furuya et al.: "Young's Double-Slit Interference Experiment of Hot Electron in Semiconductors"The 13th International Conference on Nonequilibrium Carrier Dynamics in Semiconductors. Th11.17. PTH11-17-PTH11-17 (2003)
• [文献書誌] K.Furuya et al.: "Young's double-slit interference experiment of hot electron in semiconductors"Japan-UK 10+10 Meeting. (2003)
• [文献書誌] K.Furuya et al.: "Young's Double-Slit Interference Experiment of Hot Electron in Semiconductors"Sixth International Conference on New Phenomena in Mesoscopic Systems & Fourth International Conference on Surfaces and Interfaces of Mesoscopic Devices. 1.6. 9-10 (2003)
• [文献書誌] K.Furuya: "GaInAs/InP vertical ballistic-electron devices ---Toward ultra-fast and electron-wave function---"QNANO workshop. (2003)
• [文献書誌] K.Yokoyama et al.: "Wet Etching for Self-Aligned 0.1-? m-wide Emitter in InP/InGaAs HBT"Topical Workshop on Heterostructure Microelectronics(TWHM'03). W-11. (2003)
• [文献書誌] K.Takeuchi et al.: "InP hot electron transistors using modulation of gate electrodes"The 2003 International Conference on Solid State Devices and Materials. E-7-3. 834-835 (2003)