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次世代エレクトロニクス基盤材料である半導体ナノワイヤの3分岐接合は、信号処理に有用な非線形な電気的特性を室温で発現する。本研究の目的は、本デバイスの非線形メカニズムを、接合のキャリア輸送機構やポテンシャルの評価解析を通して解明することである。また、独自のゲート制御デバイスの制御機構の理解、デバイスモデルの構築、および特性制御による動作電圧の低減を目指す。平成22年度の成果は次の通りである。
(1)電子平均自由行程が長いInAs系ナノワイヤによる3分岐接合デバイスを作製し、77Kでの非線形性伝達特性に特異な2段のキンクを観測した。バリスティック伝導、高電界ドメイン形成、インパクトイオン化の3つのステップが印加電圧に応じて順次関与していることを示した。
(2)ナノワイヤの電界ドメイン検出と形成機構の解明のため、レーザー光誘起コンダクタンス変調測定系を構築した。照射光のスポット径は1μm、光照射位置制御のための可動ステージの位置分解能は10nmであり、電界ドメイン箇所の同定に十分な精度を確保した。GaAsデバイスでテスト測定を実施し、局所レーザー照射による非線形特性の変調とその照射位置依存性の観測に成功した。
(3)GaAs系ナノワイヤ3分岐接合デバイスを集積し、NANDゲートおよびSet-Reset Flip Flop(SR-FF)回路の試作と室温での回路動作実証に成功した。また、ナノワイヤネットワークのサイズ縮小とレイアウト最適化により回路面積の縮小を進めた。さらに、ナノワイヤ作製プロセスの高精度・ゲートしきい値制御・再現性向上のために表面段差計を導入しエッチング加工精度を高め、GaAs系ナノワイヤ形成サイズの再現性の向上を図った。
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