ナノショットキーゲート制御量子ナノドット集積デバイスによる単電子確率共鳴の観測

2006 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18651074
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 葛西 誠也 北海道大学, 大学院情報科学研究科, 助教授 (30312383)
• 研究分担者: 浅井 哲也 北海道大学, 大学院情報科学研究科, 助教授 (00312380)
• キーワード: 単電子デバイス / 確率共鳴 / 量子ドット / ナノショットキーゲート / ナノ細線 / GaAs / 量子ナノデバイス / 電子数

研究概要

本研究は、理論的に示唆された単電子確率共鳴を実験的に観測・実証することを目的とする。このために、独自の化合物半導体ナノショットキーゲート制御量子ナノデバイス技術(図3)を適用し並列集積量子ナノドット単電子トランジスタと各々のドット中の電子数変化をモニタするシステムを試作し、現象の実験的観測を行う。研究期間内の実績は、(1)単電子確率共鳴の物理レベルでの解析モデルを構築し、シミュレーションによる結果をほぼ定量的に説明できることを示した。このモデル化により、確率共鳴ピーク位置が単電子トランジスタの帯電エネルギーと結びついていることを明らかにした。(2)具体的な系の設計のため、確率共鳴方程式を数値解法するシミュレータを作成した。(3)実験的研究として、GaAs系エッチングナノワイヤとナノショットキーゲートを用い、単電子トランジスタとそのドット中の電子数を検出する量子細線トランジスタを集積した系を設計・試作した。解析により、試作した系において単電子検出が可能であることを確認した。さらに、試作した系においてマクロな電流検出を行い、その動作を確認した。(4)単電子トランジスタのコンダクタンス振動特性より電子数変化を間接的に検出する手法を検討し、単電子トランジスタを50素子並列した系のコンダクタンス振動の温度依存性に対しこれを適用することで、コンダクタンス振動の温度依存性に確率共鳴を示すピークが存在することを実験的に示した。

研究成果

• [雑誌論文] A Novel Hybrid Voltage Controlled Ring Oscillator Using Single Electron and MOS Transistors (2007)
  • 著者名/発表者名: Wan-Cheng Zhang
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Nanotechnology Vol.6, No.2 ページ: 146-157
• [雑誌論文] Fabrication and Characterization of A GaAs-based Three-Terminal Nanowire Junction Device Controlled by Double Schottky Wrap Gates (2007)
  • 著者名/発表者名: Tatsuya Nakamura
  • 雑誌名: Applied Physics Letters Vo1.90, No.10 ページ: 102104
• [雑誌論文] Surface-induced large side-gating phenomenon in GaAs quantum wire transistors and its removal by surface passivation using Si interface control layer (2007)
  • 著者名/発表者名: Rui Jia
  • 雑誌名: Applied Physics Letters Vol.90, No.13 ページ: 132124
• [雑誌論文] Schottky Wrap Gate Control of Semiconductor Nanowire Networks for Novel Quantum Nanodevice-Integrated Logic Circuits Utilizing BDD Architecture (2007)
  • 著者名/発表者名: Seiya Kasai
  • 雑誌名: Journal of Computation Theory and Nanoscience Vol.4(in press)
• [雑誌論文] Multiple path switching device utilizing size-controlled nano-Schottky wrap gates for MDD-based logic circuits (2007)
  • 著者名/発表者名: Seiya Kasai
  • 雑誌名: Journal of Multiple-Valued Logic and Soft Computing Vol.13(in press)
• [雑誌論文] Stochastic resonance among single-electron neurons on Schottky wrap-gate devices (2006)
  • 著者名/発表者名: Takahide Oya
  • 雑誌名: International Congress Series Vol 1291 ページ: 213-216
• [雑誌論文] Properties of a GaAs single electron path switching node device using a single quantum dot for hexagonal BDD quantum circuits (2006)
  • 著者名/発表者名: Tatsuya Nakamura
  • 雑誌名: Journal of Physics : Conference Series Vol 38, No 1 ページ: 104-107
• [雑誌論文] Gate control, surface leakage currents, and peripheral charging in A1GaN/GaN heterostructure field effect transistors having nanometer-scale Schottky gates (2006)
  • 著者名/発表者名: Seiya Kasai
  • 雑誌名: Journal of Electronic Materials Vol 35, No 4 ページ: 568-575
• [雑誌論文] Device interference in GaAs quantum wire transistors and its suppression by surface passivation using Si interface control layer (2006)
  • 著者名/発表者名: Rui Jia
  • 雑誌名: Journal of Vacuum Science ＆ Technology B Vol 24, No.4 ページ: 2060-2068
• [雑誌論文] Embedded nanowire network growth and node device fabrication for GaAs-based high-density hexagonal binary decision diagram quantum circuits (2006)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Tamura
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics Vol 45, No 4B ページ: 3614-3620
• [産業財産権] 半導体装置 (2007)
  • 発明者名: 葛西誠也
  • 権利者名: 北海道大学
  • 産業財産権番号: 特願2007-41018
  • 出願年月日: 2007-02-21