| 研究概要 |
本研究では,ナノ構造中で新たに発現する単電子効果および量子効果を積極的に利用し室温で動作するシリコン新機能デバイスと既存のCMOSデバイスを融合させた新しい概念の集積回路を目指した研究を行った.まず,単電子トランジスタの作製プロセスの改良に着手し,世界最大の単電子トランジスタにおけるクーロンプロッケード振動の電流山谷比および負性微分コンダクタンス特性の山谷比を得ることに成功した.さらに,極めて小さなドットを有する単電子トランジスタにおいては,ドット中の量子間隔が極めて大きいことから,ドレイン電圧によってピーク位置を正確に制御できることを世界で初めて示した.次に室温で動作する単電子トランジスタの集積化に取り組んだ.単電子トランジスタはこれまで作製プロセスが未熟であったため,複数のデバイスを1チップ上に集積することは不可能であった.本研究ではプロセス技術を徹底的に洗い直して極めて微細はシリコンドットを精度よく作製するプロセスを開発し,初めて室温単電子トランジスタの集積化に成功した.さらに,クーロンプロッケード振動のピーク位置を制御することのできる室温動作単電子トランジスタ3個と電流値の制御するMOSトランジスタを1チップ上に集積し,アナログパターンマッチング回路を構成し,その動作を室温において実証することにも成功した.これらの成果は,完全室温動作シリコン単電子・量子・CMOS融合集積回路の実現の可能性を飛躍的に向上させる重要な成果である.
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