シリコン・シングルドーパント・エレクトロニクス

2011 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20241036
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: マイクロ・ナノデバイス
• 研究機関: 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所
• 研究代表者: 小野 行徳 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子電子物性研究部, 主幹研究員 (80374073)
• 研究分担者: 土屋 敏章 島根大学, 総合理工学部, 教授 (20304248) ; 堀口 誠二 工学資源学研究科, 教授 (60375219) ; 西口 克彦 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 特別研究員 (00393760)
• 連携研究者: 山口 徹 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 主任研究員 (30393763) ; モハメッド カラファラ 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 研究員 (70463627)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2011
• キーワード: シングルドーパント / 単一電子制御

研究概要

本研究は、人工原子(artificial atom)ではなく、半導体中の「真の原子」(true atom)を用いた、新しい単一電荷スピン操作技術とこれに基づく新規デバイスの実現を目指すものである。ここでは、トランジスタ中の個々のドーパントの位置特定技術を確立するとともに、個々のドーパントがトランジスタに与える影響を明らかにした。さらに、ドーパント原子により単一電荷を操作する「原子デバイス」の作製に成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Donor-Based Single Electron Pumps with Tunable Donor Binding Energy (2012)
  • 著者名/発表者名: G. P. Lansbergen, Y. Ono, A. Fujiwara
  • 雑誌名: Nano Letters 巻: Vol.12 ページ: 763-768
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bound exciton photoluminescence from ion-implanted phosphorus in thin silicon layers (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Sumikura, K. Nishiguchi, Y. Ono, A. Fujiwara, M. Notomi
  • 雑誌名: Optics Express 巻: Vol.19, No.25 ページ: 2525-2562
  • 査読あり
• [雑誌論文] Significance of the interface regarding magnetic properties of Mn-nanosilicide in silicon (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Ono, Y. Miyazaki, S. Yabuuchi, H. Kageshima, M. Nagase, A. Fujiwara, E. Ohta
  • 雑誌名: Thin Solid Films 巻: Vol.519, No.24 ページ: 8505-8508
  • 査読あり
• [雑誌論文] Impact of a few dopant positions controlled by deterministic single-ion doping on the transconductance of field-effect transistors (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Hori, T. Shinada, Y. Ono, A. Komatsubara, K. Kumagai, T. Tanii, T. Endoh, I. Ohdomari
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 巻: Vol.99, No.6 ページ: 062103_1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrical measurements of terphenyl-based molecular devices (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Goto, H. Inokawa, Y. Ono, A. Fujiwara, K. Torimitsu
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys 巻: Vol.50, No.7 ページ: 071603_1-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Carrier transport in indium-doped p-channel silicon-on-insulator transistors doped with indium between 30 to 285 K (2011)
  • 著者名/発表者名: M. A. H. Khalafalla, Y. Ono, J. Noborisaka, G. P. Lansbergen, A. Fujiwara
  • 雑誌名: J. Appl. Phys 巻: Vol.110, No.19 ページ: 014512_1-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single-electron counting statistics of shot noise in nanowire Si MOSFETs (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Nishiguchi, Y. Ono, A. Fujiwara
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 巻: Vol.98, No.19 ページ: 193502_1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhancing secondary electron detection efficiency by applying a substrate bias voltage for deterministic single-ion Doping (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Hori, T. Shinada, K. Taira, A. Komatsubara, Y. Ono, T. Tanii, T. Endoh, I. Ohdomari
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 巻: Vol.4, No.3 ページ: 046501_1-2
  • 査読あり
• [雑誌論文] Strong Stark effect in electroluminescence from phosphorous-doped silicon-on-insulator metal-oxide-semiconductor field-effect transistors (2011)
  • 著者名/発表者名: J. Noborisaka, K. Nishiguchi, Y. Ono, H. Kageshima, A. Fujiwara
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 巻: Vol.98, No.3 ページ: 033503_1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Capture/Emission Processes of Carriers in Heterointerface Traps Observed in the Transient Charge-Pumping Characteristics of SiGe/Si-Hetero-Channel pMOSFETs (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Tsuchiya
  • 雑誌名: Key Engineering Materials 巻: Vol.470 ページ: 201-206
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct Observation of Fluctuations in the Number and Individual Electronic Properties of Interface Traps in Nanoscale Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Tsuchiya
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys 巻: Vol.49 ページ: 064001_1-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Resonant escape over an oscillating barrier in a single-electron ratchet transfer (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Miyamoto, K. Nishiguchi, Y. Ono, K. M. Itoh, A. Fujiwara
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: Vol.82, No.3 ページ: 033303_1-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single-electron transport through single dopants in a dopant-rich environment Phys (2010)
  • 著者名/発表者名: M. Tabe, D. Moraru, M. Ligowski, M. Anwar, R. Jablonski, Y. Ono, T. Mizuno
  • 雑誌名: Rev. Lett 巻: Vol.105, No.1 ページ: 016803_1-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tunneling spectroscopy of electron subbands in thin silicon-on-insulator metal-oxide-semiconductor field-effect transistors (2010)
  • 著者名/発表者名: J. Noborisaka, K. Nishiguchi, H. Kageshima, Y. Ono, A. Fujiwara
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 巻: Vol.96, No.11 ページ: 112102_1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Horizontal position analysis of single acceptors in Si nanoscale field-effect transistors (2009)
  • 著者名/発表者名: M. A. H. Khalafalla, Y. Ono, K. Nishiguchi, A. Fujiwara
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 巻: Vol.94, No.22 ページ: 223501_1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrons and holes in a 40nm thick silicon slab at cryogenic temperatures (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Takashina, K. Nishiguchi, Y. Ono, A. Fujiwara, T. Fujisawa, Y. Hirayama, K. Muraki
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 巻: Vol.94, No.14 ページ: 142104_1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] ナノスケールMOSデバイスにおける界面物性の揺らぎ-界面トラップ1個1個を検出して評価する- (2009)
  • 著者名/発表者名: 土屋敏章
  • 雑誌名: 応用物理 巻: vol.78 ページ: 868-872
  • 査読あり
• [雑誌論文] Escape dynamics of a few electrons in a single-electron ratchet using silicon nanowire metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (2008)
  • 著者名/発表者名: S. Miyamoto, K. Nishiguchi, Y. Ono, K. M. Itoh, A. Fujiwara
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: Vol.93, No.22 ページ: 222103_1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single-electron-resolution electrometer based on field-effect transistor (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Nishiguchi, C. Koechlin, Y. Ono, A. Fujiwara, H. Inokawa, H. Yamaguchi
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys 巻: Vol.47, No.11 ページ: 8305-8310
  • 査読あり
• [雑誌論文] Why the long-term charge offset drift in Si single-electron tunneling transistors is much smaller(better) than in metal-based ones : Two-level fluctuator stability (2008)
  • 著者名/発表者名: N. M. Zimmerman, W. H. Huber, B. Simonds, E. Hourdakis, A. Fujiwara, Y. Ono, Y. Takahashi, H. Inokawa, M. Furlan, M. W. Keller
  • 雑誌名: J. Appl. Phys 巻: Vol.104, No. ページ: 033710_1-12
  • 査読あり
• [雑誌論文] First-principles study on origin of ferromagnetism of MnSi1. 7 nanoparticles in Si (2008)
  • 著者名/発表者名: S. Yabuuchi, H. Kageshima, Y. Ono, M. Nagase, A. Fujiwara, E. Ohta
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: Vol.78, No.4 ページ: 045307_1-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] Charge transport in boron-doped nano MOSFETs : Towards single-dopant electronics (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Ono, M. Khalafalla, K. Nishiguchi, K. Takashina, A. Fujiwara, S. Horiguchi, H. Inokawa, Y. Takahashi
  • 雑誌名: Appl. Sur. Sci 巻: Vol.254, No.19 ページ: 6252-6256
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ferromagnetism of manganese-silicide nanopariticles in Silicon (2008)
  • 著者名/発表者名: S. Yabuuchi, Y. Ono, H. Kageshima, M. Nagase, A. Fujiwara, E. Ohta
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys 巻: Vol.47, No.6 ページ: 4487-4450
  • 査読あり
• [雑誌論文] A gate-defined silicon quantum dot molecule (2008)
  • 著者名/発表者名: H. W. Liu, T. Fujisawa, H. Inokawa, Y. Ono, A. Fujiwara, Y. Hirayama
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 巻: Vol.92, No.22 ページ: 222104_1-3
  • 査読あり
• [学会発表] Charge transfer by multiple donors in a Si nanowire (2011)
  • 著者名/発表者名: G. P. Lansbergen
  • 学会等名: 2011 International Conference on Solid State Devices and Materials
  • 発表場所: Nagoya
  • 年月日: 20110928-30
• [学会発表] Quantum transport in deterministically implanted single-donors in Si FETs (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Shinada
  • 学会等名: 2011 International Electron Devices Meeting
  • 発表場所: San Fransisco, USA
  • 年月日: 20110906-08
• [学会発表] Subband energy manipulation by gate voltage in Si(100) hole system (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Niida
  • 学会等名: The 18th International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems
  • 発表場所: Tallahassee, Florida
  • 年月日: 20110725-29
• [学会発表] Observation of new current peaks of Si single-electron transistor with a single-hole trap (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Sinohara
  • 学会等名: 2011 Silicon Nanoelectronics Workshop
  • 発表場所: Kyoto
  • 年月日: 20110612-13
• [学会発表] Capture and emission kinetics of traps in MOSFETs (2011)
  • 著者名/発表者名: G. P. Lansbergen
  • 学会等名: 2011 Silicon Nanoelectronics Workshop
  • 発表場所: Kyoto
  • 年月日: 20110612-13
• [学会発表] Reliable Single Atom Doping and Discrete Dopant Effects on Transistor Performance (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Shinada
  • 学会等名: 2010 International Electron Devices Meeting
  • 発表場所: San Fransisco, USA
  • 年月日: 20101206-08
• [学会発表] KFM Observation of Single-Electron Filling in Dopant Arrays (2010)
  • 著者名/発表者名: M. Anwar
  • 学会等名: 2010 International Conference on Solid State Devices and Materials
  • 発表場所: Tokyo
  • 年月日: 20100922-24
• [学会発表] Strong Stark effect of electroluminescence in thin SOI MOSFETs (2010)
  • 著者名/発表者名: J. Noborisaka
  • 学会等名: 2010 International Conference on Solid State Devices and Materials
  • 発表場所: Tokyo
  • 年月日: 20100922-24
• [学会発表] Effect of Device Structure on Electrical Conduction of Terphenyl-based Molecule (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Goto
  • 学会等名: 2010 International Conference on Solid State Devices and Materials
  • 発表場所: Tokyo
  • 年月日: 20100922-24
• [学会発表] Electron-mobility suppression under valley-polarized region in Si quantum well (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Niida
  • 学会等名: 30^<th> International Conference on the Pysics of Semiconductors
  • 発表場所: Seoul, Korea
  • 年月日: 20100725-30
• [学会発表] Significance of the interface regarding magnetic properties of Mn nanosilicide in silicon (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Ono
  • 学会等名: Asia-Pacific Conference on Semiconducting Silicides and Related materials Science and Technology Towards Sustainable Optoelectronics
  • 発表場所: Tsukuba
  • 年月日: 20100724-26
• [学会発表] Enhancement of electron transport property in FET with asymmetric ordered dopant distribution (2010)
  • 著者名/発表者名: M. Hori
  • 学会等名: 18^<th> International Conference on Ion Implantation Technology
  • 発表場所: Kyoto
  • 年月日: 20100606-11
• [学会発表] Fluctuations in Electronic Properties of Individual Interface Traps in Nanoscale MOSFETs (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Tsuchiya
  • 学会等名: International Symposium on Technology Evolution for Silicon Nano-Electronics
  • 発表場所: Tokyo
  • 年月日: 20100603-05
• [学会発表] In plane transport in a double layer crystalline silicon stracture with an SiO_2 barrier (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Takashina
  • 学会等名: 2010 International Symposium on Atom-scale Silicon Hybrid Nanotechnologies for'More. than-Moore' & 'Beyond CMOS' Era
  • 発表場所: Southampton, UK
  • 年月日: 20100301-02
• [学会発表] Performance evaluation of MOSFETs with discrete dopant distribution by one-by-one doping method. SPIE Advanced Lithography-Alternative Lithographic Technologies II (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Shinada
  • 発表場所: San Jose, USA
  • 年月日: 20100221-25
• [学会発表] Single-electron counting statistics of shot noise in nanowire Si MOSFETs (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Nishiguchi
  • 学会等名: 2009 International Conference on Solid State Devices and Materials
  • 発表場所: Sendai
  • 年月日: 20091007-09
• [学会発表] Tunnel spectroscopy of electron subbands in thin SOI MOSFETs (2009)
  • 著者名/発表者名: J. Noborisaka
  • 学会等名: 2009 International Conference on Solid State Devices and Materials
  • 発表場所: Sendai
  • 年月日: 20091007-09
• [学会発表] Direct Observation of Fluctuations in Both the Number and Individual Carrier Capture Rate of Interface Traps in Small Gate-Area MOSFETs (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Tsuchiya
  • 学会等名: 39th European Solid-State Device Research Conference
  • 発表場所: Athens, Greece
  • 年月日: 20090914-18
• [学会発表] Single-electron devices based on silicon nanowire MOSFETs (2009)
  • 著者名/発表者名: A. Fujiwara
  • 学会等名: Trends in NanoTechnology International Conference
  • 発表場所: Barcelona, Spain
  • 年月日: 20090907-11
• [学会発表] Detection and position analysis of sinle and coupled acceptors in silicon nano field-effect transistors (2009)
  • 著者名/発表者名: M. A. H. Khalafalla
  • 学会等名: 2009 Silicon Nanoelectronics Workshop
  • 発表場所: Kyoto
  • 年月日: 20090613-14
• [学会発表] Effect ofδ-function-like boron charge sheet on p-channel ultra-thin SOI MOSFETs (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Kawach
  • 学会等名: 2009 Silicon Nanoelectronics Workshop
  • 発表場所: Kyoto
  • 年月日: 20090613-14
• [学会発表] Fluctuation in Electronic Properties of Interface Traps in Nano-MOSFETs (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Tsuchiya
  • 学会等名: 4th International Workshop on New Group IV Semiconductor Nanoelectronics
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 年月日: 20090129-30
• [学会発表] Asymmetric mobility of electrons and holes with respect to quantum-well potential in a double gate SIMOX MOSFET (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Niida
  • 学会等名: International Symposium on Nanoscale Transport and Technology
  • 発表場所: Atsugi
  • 年月日: 20090120-23
• [学会発表] In-plane transport in a double layer crystalline silicon structure with an SiO2 barrier (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Takashina
  • 学会等名: International Symposium on Nanoscale Transport and Technology
  • 発表場所: Atsugi
  • 年月日: 20090120-23
• [学会発表] Detection and position analysis of sinle and coupled acceptors in silicon nano field-effect transistors (2009)
  • 著者名/発表者名: M. A. H. Khalafalla
  • 学会等名: International Symposium on Nanoscale Transport and Technology
  • 発表場所: Atsugi
  • 年月日: 20090120-23
• [学会発表] Capture/Emission Process of Carriers in Interface Traps Observed in the Transient Charge Pumping Characteristics of MOSFETs (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Tsuchiya
  • 学会等名: 39th IEEE Semiconductor Interface Specialist Conference
  • 発表場所: San Diego, USA
  • 年月日: 20081211-13
• [学会発表] Escape dynamics of electron in a single-electron ratchet using silicon nanowire MOSFETs (2008)
  • 著者名/発表者名: S. Miyamoto
  • 学会等名: EEE Nanotechonology Materials and Devices Conference
  • 発表場所: Kyoto
  • 年月日: 20081020-22
• [学会発表] In-plane transport in a double layer crystalline silicon structure with an SiO2 barrier (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Takashina
  • 学会等名: IEEE Nanotechonology Materials and Devices Conference
  • 発表場所: Kyoto
  • 年月日: 20081020-22
• [学会発表] Single-electron devices and their circuit applications (2008)
  • 著者名/発表者名: A. Fujiwara
  • 学会等名: 2008 Tera-level nanodevices(TND) Technical Forum
  • 発表場所: Korea
  • 年月日: 20081006-07
• [学会発表] Electron-hole transport in a 40 nm thick silicon slab
  • 著者名/発表者名: K. Takashina
  • 学会等名: The 18th International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems
  • 発表場所: Kobe, Japan
  • 年月日: 00000719-24
• [学会発表] Single-electron activation over an oscillating barrier in silicon nanowire MOSFETs
  • 著者名/発表者名: S. Miyamoto
  • 学会等名: The 18th International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems
  • 発表場所: Kobe, Japan
  • 年月日: 00000719-24
• [学会発表] Impact of a few dopant positions controlled by single-ion implantation on transconductance of FETs
  • 著者名/発表者名: M. Hori
  • 学会等名: 11th International Workshop on Junction Technology
  • 発表場所: Kyoto
  • 年月日: 00000609-10
• [学会発表] Electroluminescence study of phosphorus ionization in silicon-on-insulator metal-oxide-semiconductor field-effect transistors
  • 著者名/発表者名: J. Noborisaka
  • 学会等名: International Symposium on Nanoscale Transport and Technology
  • 発表場所: Atsugi
  • 年月日: 00000111-14
• [学会発表] Charge switching in wire MOSFETs studied by separation of capture and emission
  • 著者名/発表者名: G. P. Lansbergen
  • 学会等名: International Symposium on Nanoscale Transport and Technology
  • 発表場所: Atsugi
  • 年月日: 00000111-14
• [図書] Silicon Single-Electron Devices, in" Device Applications of Silicon Nanocrystals and Nanostructures eds (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Takahashi, Y. Ono, A. Fujiwara, K. Nishiguchi, and H. Inokaw, N. Koshida
  • 総ページ数: 125-172
  • 出版者: Springer
• [図書] Single-electron transistor and its logic application, in "Information Technology II(volume 4) of Nanotechnology" (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Ono, K. Nishiguchi, H. Inokawa, Y. Takahashi and A. Fujiwara
  • 総ページ数: 45-68
  • 出版者: Wiley-VCH Verlag
• [備考]
  • URL: http://www.brl.ntt.co.jp/people/ono/index.html