| 研究課題/領域番号 |
23226009
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| 研究機関 | 静岡大学 |
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研究代表者 |
田部 道晴 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (80262799)
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| 研究分担者 |
品田 賢宏 独立行政法人産業技術総合研究所, ナノエレクトロニクス研究部門, 研究員 (30329099)
小野 行徳 富山大学, 大学院理工学研究部(工学), 教授 (80374073)
水田 博 北陸先端科学技術大学院大学, マテリアルサイエンス研究科, 教授 (90372458)
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| 研究期間 (年度) |
2011-05-31 – 2016-03-31
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| キーワード | 電子デバイス・機器 / シングルドーパント / シリコン |
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| 研究概要 |
本研究計画では、ドーパント原子デバイス、ドーパント高精度導入技術、ドーパント検出技術および理論的解析を総合的に進めている。特に、平成25年度からは当初計画を前倒ししてドーパントの複合化を利用して室温動作を目指した。本年度の主な成果は以下のとおりである。
１．ドーパント原子トランジスタ（田部G、水田G）：電子はSiチャネル中のリンドナーを介してトンネル移動する。H24年度に100K以上での高温動作を確認し、H26年3月、対応する論文PRB(2013)に対して応用物理学会シリコンテクノロジー分科会論文賞を受賞した。本年度（H25年度）は、実用的な方法としてチャネル中央部に少数個のリンドナーを選択ドープしたFETを作製し、特徴的な低温での電流・電圧特性を見出した（Si Nanoelectronics Workshop 2013にて発表）。第一原理計算との比較から、リンドナーの個数に対応する微細電流ピークを見出した（論文投稿中）。高温動作の可能性は、次年度に本格的に調べる。
２．ナノpn接合ダイオード（田部G）：ナノpn接合のI-V特性を詳しく調べたところ、低温域で、特定の電圧範囲内でランダムテレグラフ信号（RTS）が現れることを見出した。これは、空乏層端のドーパントが帯電・放電を繰り返すことにより生じるものと結論した（APL(2013)）。また、ナノpn接合ダイオードの光照射効果をケルビンプローブフォース顕微鏡（KFM）で観測し、光起電力に相当する電位変化を観測した（Thin Solid Films (2014)）。
３．ドーパント導入プロセス・解析技術（品田G,小野G、田部G）：チャネルSi部を覆っているSiO2層に10-50nm幅の窓あけをして、選択ドーピングを行うプロセスを開発している。本年度は、上記１の結果と関連して、直径20nm領域への選択ドーピングを実現した。
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| 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
H24年度に、ドーパント原子トランジスタにおける100K付近での動作確認に成功しており、H25年度は選択ドーピングに着手して高温動作の研究を本格化させた。この結果は、現在詳しく評価しているところであるが、目標（高温でのトンネル電流の観測）に向けて十分な手ごたえがある。ドーパント精密導入プロセス、第一原理計算、ドーパント検出・解析など、その他の研究項目も含めて全体として見れば、おおむね順調に進展していると判断できる。
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| 今後の研究の推進方策 |
H24年度に実験と理論の両面で確認できた「ドナーレベルのディープ化」は本研究計画の要とも言える発見である。しかし、これだけでは最終目標の室温動作を達成することは困難と思われるため、H25年度以降、高温動作に向けた別のアプローチとして選択ドーピングにも取り組んでいる。これは、量子ドットとして1個のドナーに限定せず、数個の隣接したドナーを用いて量子井戸の深さを深くして高温動作（室温動作）を狙う方法であり、従来型のCMOSテクノロジーで実現可能であるため、本研究が実用的な技術となることが期待される。同時に、互いに近接したドーパントの電子状態は、第一原理計算の威力が発揮される新しい物理であり、学術的な進展も目標としている。今後、理論、ドーピングプロセス、ドーパント評価において、研究分担者と一層協力し合って効率よく研究を進めていく。
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