化合物半導体１次元ブラウンラチェットによる超低エネルギー電子輸送の検討

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23651143
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: マイクロ・ナノデバイス
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 葛西 誠也 北海道大学, 情報科学研究科, 准教授 (30312383)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2013
• キーワード: ブラウンラチェット / １次元 / 化合物半導体 / 低エネルギー / 電子輸送

研究概要

無秩序に動き回る電子集団から一方向性の流れ（＝電流）を生み出す電子ブラウンラチェットは、生体の仕組みをとりいれた素子であり、低エネルギーでの電子輸送を可能にする。本研究の目的は、化合物半導体の１次元構造であるナノワイヤに非対称ゲートを周期的に設けることで電子ブラウンラチェットを実現し、動作実証することである。ラチェット動作の鍵となる鋸歯状ポテンシャルを内包する構造をGaAsナノワイヤにくさび形の金属ゲートを配置した構造で実現した。本素子によりブラウンラチェット動作モードの１つであるフラッシングラチェット動作に成功した。半導体フラッシングラチェットの室温動作は世界初の成果である。

研究成果

• [雑誌論文] Fabrication and Characterization of GaAs-based Nanowire Devices Having with Multiple Asymmetric Gates for Electrical Brownian Ratcheting (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Tanaka, Y. Nakano, and S. Kasai
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys 巻: vol.52, no.6 ページ: 06GE07(6)
• [雑誌論文] Characterization of Low- Frequency Noise in Etched GaAs Nanowire Field-Effect Transistors Having SiN_x Gate Insulator (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Muramatsu, K. Miura, Y. Shiratori, Z. Yatabe, and S. Kasai
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys 巻: vol.51, no.6 ページ: 06FE18(5)
• [学会発表] Electron Brownian ratchet using a GaAs nanowire with multiple asymmetric gates, Optoelectronics and Nanostructures (EDISON) (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Kasai, T. Tanaka, and Y. Abe
  • 学会等名: The 18th International Conference on Electron Dynamics in Semiconductors
  • 発表場所: Matsue, Japan
  • 年月日: 20130722-26
• [学会発表] Fabrication and Characterization of A GaAs Nanowire Device Having Multiple Asymmetric Gates for Electrical Brownian Ratchet (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Tanaka, Y. Nakano, and S. Kasai
  • 学会等名: 25th International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC2012)
  • 発表場所: Kobe, Japan
  • 年月日: 20121030-1102
• [学会発表] Nonlinear Behaviors in IIIV Semiconductor Nanowires and Their Application to Information Detection and Processing (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Kasai, M. Sato, T. Tanaka, X. Yin, R. Kuroda, Y. Imai
  • 学会等名: The First International Workshop on Information Physics and Computing in Nano-scale Photonics and Materials (IPCN)
  • 発表場所: University of Orleans, France
  • 年月日: 2012-09-07
  • 招待講演
• [図書] "Boolean Logic Circuits on Nanowire Networks and Related Technologies", Nanophotonic Information Physics, ed. M. Naruse (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Kasai, H.-Q. Zhao, Y. Shiratori, T. Mohamed, and S. N. Yanushkevich
  • 総ページ数: 115-143(250)
  • 出版者: Springer
• [図書] "Introduction to Noise-Resilient Computing", Synthesis Lectures on Digital Circuits and Systems (2013)
  • 著者名/発表者名: S. N. Yanushkevich, S. Kasai, G. Tangim, A. H. Tran, T. Mohamed, and V. P. Smerko
  • 総ページ数: 152
  • 出版者: Morgan & Claypool publishers
• [備考]
  • URL: http://www.rciqe.hokudai.ac.jp/labo/ied/index.html
• [産業財産権] 論理回路 (2011)
  • 発明者名: 葛西誠也
  • 権利者名: 北海道大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2011-232085
  • 出願年月日: 2011-10-21
• [産業財産権] 信号再生装置及び信号再生方法 (2011)
  • 発明者名: 田所幸浩, 一木輝久, 葛西誠也
  • 権利者名: 豊田中央研究所, 北海道大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2011-282505
  • 出願年月日: 2011-12-23