| 研究課題/領域番号 |
20H00241
|
|---|
| 研究機関 | 静岡大学 |
|---|
研究代表者 |
小野 行徳 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (80374073)
|
|---|
| 研究分担者 |
池田 浩也 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (00262882)
藤原 聡 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, フロンティア機能物性研究部, 上席特別研究員 (70393759)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
|
| キーワード | 電子流体 / シリコン / MOSトランジスタ |
|---|
| 研究実績の概要 |
固体材料において、外的散乱の影響が小さい特別な場合には、電子・電子散乱が優勢となり、電子の伝導はその集団運動が支配する特異なものとなる。このような電子の状態は「電子流体」（Electron fluid）と呼ばれる。研究代表者らは、初めてシリコンMOS（SiO2/Si界面）２次元電子系において、また、これまでは欠点であった重い有効質量というシリコンの特性を生かして初めてナノスケール（100nm）で電子流体効果（ベルヌーイの原理に基づくポンプ効果）を観測した。さらに、同効果を利用した電流増幅器：エレクトロン・アスピレーターを（8Kの低温下にて）実証し、応用研究の端緒を開いた。本課題は上記コンセプトのもと集積回路技術の革新を目指し、「電子流体の情報処理応用」という新たな学術分野を、シリコンMOSテクノロジーを基盤として開拓するものである。
本年度は、以下の三点について検討を行った。第一に、MOS二次元電子系の流体的性質を解明するために、高純度Si基板を用いて作製されたMOSトランジスタの移動度の温度依存性を詳細に解析した。その結果、電子間相互作用が顕在化するときに現れる金属・絶縁体転移を観測するなど流体の性質を反映した特性を取得することに成功した。また、電子・正孔共存系を形成する手法を検討し、電子・正孔再結合電流から、その形成可能性を示唆する結果が得られた。第二に、流体効果を用いたスイッチング効果の実証に向けて、試験デバイス作製のためのプロセスを確立し、デバイス試作を開始した。現在、ゲート加工の段階まで進捗している。第三に、エレクトロン・アスピレーターの高温動作化に向けたデバイス微細化のためのプロセスを確立し、試作の準備を進めた。
|
| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
MOS二次元電子系の流体的性質解明に向けては、高純度Si基板を用いて作製されたMOSトランジスタの移動度の温度依存性を詳細に解析し、電子間相互作用が顕在化するときに現れる金属・絶縁体転移を観測するなど流体の性質を反映した特性を取得することに成功した。また、電子・正孔共存系を形成する手法を検討し、電子・正孔再結合電流から、その形成可能性を示唆する結果が得られた。これらにより、本格的な検討の基盤が整った。また、流体効果を用いたスイッチング効果の実証に向けて、試験デバイス作製のためのプロセスを確立し、エレクトロン・アスピレーターの高温動作化に向けたデバイス微細化のためのプロセスも確立し試作の準備を進めるなど、順調に進んでいる。
現在、第一報をApplied Physics Lettersに投稿中であり、全体として概ね順調に進展している。
|
| 今後の研究の推進方策 |
次年度はデバイス試作を完了し、デバイスの基本特性を取得する。また、今年度、10K程度の低温において、MOSトランジスタのドレイン電圧依存性に特異なピーク構造を観測し、詳細な解析により、これが金属絶縁体転移に関連している結果が得られたこと、および、SOI MOSの２層系において、当該金属絶縁体の臨界電子濃度が増加するということを示唆する結果を得たことを受け、次年度は、さらに詳細な解析を行い、そのメカニズムを明らかにし、電子流体との関連を調べる。
今年度、MOS構造において電子・正孔共存系を形成する手法を検討し、電子・正孔再結合電流から、その形成可能性を示唆する結果が得られたことを受け、次年度は、再結合電流の再結合時間を計測することにより、電子・正孔系の状態を詳しく調べる。また、これらにより、電子正孔プラズマ、凝縮系の形成可能性を評価する。これにより、流体効果を電子・正孔共存系に拡張するための方策を講じる。
上記の内容において、分担者藤原は、デバイス試作を担当する。分担者池田は、電子正孔系の熱伝導特性を調べる。また、代表者小野は、測定手法を考案するとともに、研究を取りまとめる。
|
