シリコン量子ドットの精密位置制御と量子情報素子の作製

2012 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 22246040
• 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: 電子・電気材料工学
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 小田 俊理 東京工業大学, 量子ナノエレクトロニクス研究センター, 教授 (50126314)
• 研究分担者: 小寺 哲夫 東京工業大学, 量子ナノエレクトロニクス研究センター, 助教 (00466856)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2012
• キーワード: 薄膜 / 量子構造

研究概要

ボトムアップ法とトップダウン法の結合により、ナノスケールのシリコン量子ドットデバイスを作製し、量子情報素子への応用を目指した研究を行った。ナノ結晶シリコンの粒径制御にはピエゾバルブが、表面酸化膜の制御にはラジカル窒化法が、3次元配列にはディップコーティング法が有効であることを明らかにした。多重結合量子ドットと単電子トランジスタ電荷検出素子を集積化したデバイスを作製し、量子ドット中の少数電荷を制御することに成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Channel Length Scaling and Surface Nitridation of Silicon Nanocrystals for High Performance Electron Devices (2013)
  • 著者名/発表者名: Susoma Jannatul Ferdous, Yoshifumi Nakamine, Tetsuo Kodera, Koichi Usami, Yukio Kawano, Shunri Oda
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 52 ページ: 04CH08(4pages)
  • DOI: DOI:10.7567/JJAP.52.04CH08
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dual Function of Single Electron Transistor Coupled with Double Quantum Dot:Gating and Charge Sensing (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Kambara, T. Kodera, Y. Arakawa and Shunri Oda
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 52 ページ: 04CJ01(4pages)
  • DOI: DOI:10.7567/JJAP.52.04CJ01
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization and suppression of low-frequency noise in Si/SiGe quantum point contacts and quantum dots (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Takeda, T. Obata, Y. Fukuoka, W. M.Akhtar, J. Kamioka, T. Kodera, S. Oda, and S. Tarucha
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 102 ページ: 123113(3pages)
  • DOI: DOI:10.1063/1.4799287
  • 査読あり
• [雑誌論文] GaAs/AlGaAs field-effect transistor for tunable terahertz detection and spectroscopy with built-in signal modulation (2013)
  • 著者名/発表者名: Daichi Suzuki, Shunri Oda, and Yukio Kawano
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 102 ページ: 122102(4pages)
  • DOI: DOI:10.1063/1.4798329
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photoluminescence of Nanocrystalline Silicon Quantum Dots with Various Sizes and Various Phosphorus DopingConcentrations prepared by Very High Frequency Plasma (2012)
  • 著者名/発表者名: Ken Someno, Kouichi Usami, Tetsuo Kodera, Mutsuko Hatano, Shunri Oda
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 51 ページ: 115202-1-4
  • DOI: DOI:10.1143/JJAP.51.115202
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic field dependence of Pauli spin blockade: A window into the sources of spin relaxation in silicon quantum dots (2012)
  • 著者名/発表者名: G. Yamahata, T. Kodera, H. O. H.Churchill, K. Uchida, C. M. Marcus, and S. Oda
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 86 ページ: 115322(5 pages)
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevB.86.115322
  • 査読あり
• [雑誌論文] Key capacitive parameters for designing single-electron transistor charge sensors (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Horibe, T. Kodera, T. Kambara, K.Uchida, and S. Oda
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 111
  • DOI: DOI:10.1063/1.4711094
  • 査読あり
• [雑誌論文] Localization effects in the tunnel barriers of phosphorus-doped silicon quantum dots (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Ferrus, A. Rossi, W. Lin, D. A.Williams, T. Kodera, and S. Oda
  • 雑誌名: AIP Advances 巻: 2 ページ: 022114(9pages)
  • DOI: DOI:10.1063/1.4707165
  • 査読あり
• [雑誌論文] Temperature Evolution of Spin Polarized Electron Tunneling in Silicon Nanowire-Permalloy Lateral Spin Valve System (2012)
  • 著者名/発表者名: Jean Tarun, Shaoyun Huang, Yasuhiro Fukuma, Hiroshi Idzuchi, YoshiChika Otani, Naoki Fukata, Koji Ishibashi, and Shunri Oda
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 5 ページ: 045001(3pages)
  • DOI: DOI:10.1143/APEX.5.045001
  • 査読あり
• [雑誌論文] High ON/OFF ratio and multimode transport in silicon nanochains field effect transistors (2012)
  • 著者名/発表者名: Muhammad A. Rafiq, Katsunori Masubuchi, Zahid A. K. Durrani, Alan Colli, Hiroshi Mizuta, William I. Milne, and Shunri Oda
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 100 ページ: 113108(4pages)
  • URL: http://link.aip.org/link/doi/10.1063/1.3694046
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Multi-Purpose Electrostatically Defined Silicon Quantum Dot Structure (2012)
  • 著者名/発表者名: Muhammad Amin Sulthoni, Tetsuo Kodera, Yukio Kawano, and Shunri Oda
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 51 ページ: 02BJ10(4pages)
  • DOI: DOI:10.1143/JJAP.51.02BJ10
  • 査読あり
• [雑誌論文] Conduction Bottleneck in Silicon Nanochain Single Electron Transistors Operating at Room Temperature (2012)
  • 著者名/発表者名: M. A. Rafiq, Katsunori Masubuchi,Zahid A. K. Durrani, Alan Colli, Hiroshi Mizuta, William I. Milne, and Shunri Oda
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 51 ページ: 025202(6pages)
  • DOI: DOI:10.1143/JJAP.51.025202
  • 査読あり
• [雑誌論文] Removal of Surface Oxide Layer from Silicon Nanocrystals by Hydrogen Fluoride Vapor Etching (2011)
  • 著者名/発表者名: Yoshifumi Nakamine, Tetsuo Kodera, Ken Uchida, and Shunri Oda
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 50 ページ: 115002(4pages)
  • DOI: DOI:10.1143/JJAP.50.115002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Growth of Narrow and Straight Germanium Nanowires by Vapour-Liquid-SolidChemical-Vapour-Deposition (2011)
  • 著者名/発表者名: Marolop Simanullang, Koichi Usami, Tetsuo Kodera, Ken Uchida, Shunri Oda
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 50 ページ: 105002(6pages)
  • DOI: DOI:10.1143/JJAP.50.105002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Numerical Simulation Study of Electrostatically Defined Silicon Double Quantum Dot Device (2011)
  • 著者名/発表者名: Muhammad Amin Sulthoni, Tetsuo Kodera, Ken Uchida, and Shunri Oda
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 110 ページ: 054511(4pages)
  • URL: http://link.aip.org/link/doi/10.1063/1.3573991
  • 査読あり
• [雑誌論文] Growth of Ge-Si nanowires heterostructure via chemical vapour deposition (2011)
  • 著者名/発表者名: C. B. Li, K. Usami, H. Mizuta, and S.Oda
  • 雑誌名: Thin Solid Films 巻: 519 ページ: 4174-4176
  • URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.tsf.2011.02.005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Demonstration of spin valve effects in Silicon nanowires (2011)
  • 著者名/発表者名: Jean L. Tarun, Shaoyun Huang, Y.Fukuma, H. Idzuchi, Y. Otani, Naoki Fukata, Koji Ishibashi and Shunri Oda
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 109 ページ: 07C508(3pages)
  • URL: http://link.aip.org/link/doi/10.1063/1.3562904
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simulation study of charge modulation in coupled quantum dots in silicon (2011)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Kambara, Tetsuo Kodera, Tsunaki Takahashi, Gento Yamahata, Ken Uchida, Shunri Oda
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 50 ページ: 04DJ05(4pages)
  • DOI: DOI:10.1143/JJAP.50.04DJ05
  • 査読あり
• [雑誌論文] Detection of variable tunneling rates in silicon quantum dots (2011)
  • 著者名/発表者名: Rossi, T. Ferrus,W. Lin, T. Kodera, D.A. Williams, and S. Oda
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 98 ページ: 133506(3pages)
  • URL: http://link.aip.org/link/doi/10.1063/1.3573991
  • 査読あり
• [雑誌論文] Size Reduction and Phosphorus Doping of Silicon Nanocrystals Prepared by a Very High Frequency Plasma Deposition System (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Nakamine, N. Inaba, T. Kodera, K.Uchida, R. N. Pereira, A. R. Stegner, M. S. Brandt, M. Stutzmann, and S. Oda
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 50 ページ: 025002(5pages)
  • DOI: DOI:10.1143/JJAP.50.025002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication of Nanosilicon Ink and Two-Dimensional Array of Nanocrystalline Silicon Quantum Dots (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Ishikawa, H. Nikaido, K. Usami, K.Uchida, S. Oda
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 49 ページ: 125002(4pages)
  • DOI: DOI:10.1143/JJAP.49.125002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design of New Logic Architectures utilizing Optimized Suspended-Gate Single-Electron Transistors (2010)
  • 著者名/発表者名: B. Pruvost,K. Uchida, H. Mizuta,S.Oda
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Nanotechnology 巻: 9(4) ページ: 504-512
  • DOI: DOI:10.1109/TNANO.2009.2030502
  • 査読あり
• [雑誌論文] Suspended quantum dot fabrication on a heavily-doped silicon nanowire by suppressing unintentional quantum dot formation (2010)
  • 著者名/発表者名: J. Ogi, M. A. Ghiass, T. Kodera, Y.Tsuchiya, K. Uchida, S. Oda, and H. Mizuta
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 49 ページ: 044001(5pages)
  • DOI: DOI:10.1143/JJAP.49.044001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experimental observation of nenhanced electron-phonon interaction in suspended Si double quantum dots (2010)
  • 著者名/発表者名: J. Ogi, T. Ferrus, T. Kodera, Y.Tsuchiya, K. Uchida, D. A. Williams, S. Oda, and H. Mizuta
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 49 ページ: 045203(5pages)
  • DOI: DOI:10.1143/JJAP.49.045203
  • 査読あり
• [雑誌論文] Scaling Analysis of Nanoelectromechanical MemoryDevices (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Nagami, Y. Tsuchiya, K. Uchida, H.Mizuta, and S. Oda
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 49 ページ: 044304(5pages)
  • DOI: DOI:10.1143/JJAP.49.044304
  • 査読あり
• [雑誌論文] シリコンナノ結晶のCVD成長と新機能 (2010)
  • 著者名/発表者名: 小田俊理
  • 雑誌名: 日本結晶成長学会誌 巻: 37(4)
  • URL: http://ci.nii.ac.jp/naid/110008440731
  • 査読あり
• [雑誌論文] Vertical coupled SiGe double quantum dot (2010)
  • 著者名/発表者名: C. B. Li, G. Yamahata, J.S. Xia, H.Mizuta, S. Oda and Y. Shiraki
  • 雑誌名: Electronics Letters 巻: 46(13) ページ: 940-941
  • DOI: DOI:10.1049/el.2010.0494
  • 査読あり
• [学会発表] 微小磁性体電極集積によるシリコン2重結合量子ドットへの2軸磁場印加 (2013)
  • 著者名/発表者名: 蒲原知宏,小寺哲夫,河野行雄,小田俊理
  • 学会等名: 第60回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 厚木市
  • 年月日: 2013-03-27
• [学会発表] Surface Plasmon Enhanced Light Emission from Silicon Nanocrystals (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Boudraa, A. Seyhan, Y. Nakamine, Y. Ogawa, F. Minami, Y. Kawano and S. Oda
  • 学会等名: IEEE EDS WIMNACT-37
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2013-02-18
• [学会発表] High Density Vertical Silicon Nanowires for Photodetector Applications (2013)
  • 著者名/発表者名: Akhmadi Surawijaya, Tetsuo Kodera, Yukio Kawano, and Shunri Oda
  • 学会等名: IEEE EDS WIMNACT-37
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2013-02-18
• [学会発表] Scaling of Channel Length for Highly Conductive Silicon Nanocrystal Films (2012)
  • 著者名/発表者名: Susoma Jannatul Ferdous, Nakamine Yoshifumi, Koichi Usami, Tetsuo Kodera, Yukio Kawano, Shunri Oda
  • 学会等名: Solid State Devices and Materials Conference
  • 発表場所: 京都市
  • 年月日: 2012-09-25
• [学会発表] 正三角形の頂点に配置したシリコン3重量子ドットの作製と特性評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 小寺哲夫,溝口来成,林久志堀部浩介,蒲原知宏,荒川泰彦,小田俊理
  • 学会等名: 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 松山市
  • 年月日: 2012-09-14
• [学会発表] Silicon nanocrystal memory (2012)
  • 著者名/発表者名: Shunri Oda and Shaoyun Huang
  • 学会等名: Materials Research Society
  • 発表場所: サンフランシスコ(米国)
  • 年月日: 2012-04-10
• [学会発表] NeoSilicon Based Nano-electromechanical Devices (2011)
  • 著者名/発表者名: S.Oda
  • 学会等名: 18th International Conference on Mixed Design of Integrated Circuits and Systems
  • 発表場所: Gliwice (ポーランド)
  • 年月日: 20110616-18
• [学会発表] Fabrication of few-electron silicon quantum dot devices based on an SOI substrate with a top gate cintact (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Horibe, T. Kodera, T. Kambara, K.Uchida, S. Oda
  • 学会等名: G-COE PICE International Symposium and IEEE EDS Minicolloquium on AdvancedHybrid Nano Devices: Prospects by World's Leading Scientists
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2011-10-04
• [学会発表] Evaluation of Electrical and Optical Property and High-Density Assembly of Nano-Crystalline Silicon Dot Array for Device Application (2011)
  • 著者名/発表者名: Yoshifumi Nakamine, Ken Someno, Hiroki Nikaido, Masahiro Kouge, Tetsuo Kodera, Yukio Kawano, Ken Uchida, Mutsuko Hatano, and Shunri Oda
  • 学会等名: G-COE PICE International Symposium and IEEE EDS Minicolloquium on Advanced Hybrid Nano Devices: Prospects by World's Leading Scientists
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2011-10-04
• [学会発表] Electrical Property of Nano-Crystalline Silicon Thin-Films Prepared by Very High Frequency Plasma Deposition System (2011)
  • 著者名/発表者名: Yoshifumi Nakamine, Tetsuo Kodera, Ken Uchida, Mutsuko Hatano, and Shunri Oda
  • 学会等名: 24th International Conference on Amorphous and Nanocrystalline Semiconductors (ICANS 24)
  • 発表場所: 奈良
  • 年月日: 2011-08-25
• [学会発表] Electrical Property of Nano-Crystalline Silicon Thin-Films Transistors Prepared by Very High Frequency Plasma Deposition System (2011)
  • 著者名/発表者名: Yoshifumi Nakamine, Mohammad R. T.Mofrad, Michiel van der Zwan, Johan van der Cingel, Tetsuo Kodera, Ken Uchida, Mutsuko Hatano, Ryoichi Ishihara, and Shunri Oda
  • 学会等名: IEEE Silicon Nanoelectronics Workshop
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2011-06-12
• [学会発表] Laser Annealing of Silicon Nanocrystals Thin-films Prepared by VHF Plasma Deposition System (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Nakamine, Michiel van der Zwan, Johan van der Cingel, Tetsuo Kodera, Ken Uchida, Ryoichi Ishihara and Shunri Oda
  • 学会等名: Materials Research Society
  • 発表場所: サンフランシスコ(米国)
  • 年月日: 2011-04-27
• [学会発表] Scaled silicon NEM hybrid devices (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Oda
  • 学会等名: Nano-Electro-Mechanical Devices for Integrated Sensing and Switching; Satellite workshop toESSDERC/ESSCIRC 2010
  • 発表場所: Seville(スペイン)
  • 年月日: 20100913-17
• [学会発表] Spin-related tunneling in lithographically-defined silicon quantum dots (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Kodera, G. Yamahata, T. Kambara, K.Horibe, K. Uchida, C. M. Marcus and S. Oda
  • 学会等名: IEEE Silicon Nanoelectronics Workshop
  • 発表場所: Honolulu(米国)
  • 年月日: 20100613-14
• [図書] Si量子ドットを用いた単電子トランジスタの研究 (2011)
  • 著者名/発表者名: 小田俊理
  • 総ページ数: 13
• [図書] ナノシリコンの最新技術と応用展開 (2010)
  • 著者名/発表者名: 小田俊理
  • 総ページ数: 13
  • 出版者: シーエムシー出版