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2014 年度 実施状況報告書

ソース端ドナー原子のエネルギーフィルタ効果を用いたSiナノトランジスタ

研究課題

研究課題/領域番号 26820127
研究機関静岡大学

研究代表者

MORARU Daniel  静岡大学, 工学研究科, 准教授 (60549715)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2016-03-31
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 / 量子ドット / ドーパント原子 / ナノデバイス / トランジスタ / 接合ダイオード
研究実績の概要

本研究では、ナノスケールSOI-MOSFETにおいて、ソースからチャネルに入射する電子のエネルギーを揃える独創的な手法(すなわちソース端近くのリンドナーのエネルギーフィルタリング効果)によって、立ち上がり特性の急峻化を実現することを目的とする。これまでは、主にチャネル中央部のドーパントを介した単電子トンネル輸送を調べてきた(例えば、選択ドーピングの実験(Sci. Rep. / Nature Publishing Group, 2014)、第一原理シミュレーション(J. Appl. Phys. 2014)など)。しかし、本研究では、ソース端付近のドーパントのFET特性に与える影響を調べることが重要となる。平成26年度に得られた主な結果は以下のとおりである。
1. 高濃度ソース・ドレインのナノSOI-MOSFETの作製:チャネル幅約10nm、厚さが約10nm以下の微細チャネルをもつSOI-MOSFETを作製した。ソースとドレインは高濃度(約1E19cm-3)にリンをドーピングし、チャネル部はノンドープとした。この構造では、I-V特性がリードの端付近の少数個のリンドナーによって影響されると思われる。
2. SOI-MOSFETのI-V特性:チャネル幅が小さいFETでは、低温で明瞭な単一電子トンネル(SET)特有の電流ピークが観察され、その電流ピークは比較的高い温度(>100K)でも消失しないことがわかった。チャネルは意図的にはドーピングしていないため、観測されたSET特性はリードの端付近に拡散したリンによる量子ドットに起因すると推察される(Silicon Nanoelectronics Workshop(京都、2015年6月)にて発表予定)。
次のステップでは、このドーパント量子ドットのチャネル内での位置をスタビリティダイヤグラムと呼ばれる特性評価から明らかにする必要があり、その後、室温での立ち上がり特性(サブスレッショルドスロープ)との関係を調べることによって本研究目的を達成する。

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

平成26年度の計画通りに、デバイスの設計と製造を完了した。計画を先取りして100Kを超える高温での単電子トンネル特性を得ることができた。まだ、不確実な点があるが、ソース端からチャネルに微小距離拡散したドーパントに起因すると考えることができ、当初の研究計画で考察したモデルとほぼ整合している。よって、研究はおおむね順調に進展していると判断できる。

今後の研究の推進方策

平成27年度は、ナノワイヤSOI-MOSFETの測定を完了し、高温トンネル動作のためのモデルを明確化する。具体的には、スタビリティダイヤグラムの測定から、高温トンネリング動作に寄与する重要な特性、すなわち量子ドットの位置についての情報を得る。さらに、この理解に基づいて、室温ID-VGに焦点をあて、立ち上がり特性(サブスレッショルドスロープ)を評価して、急峻な電流変化の実現を目指す。

  • 研究成果

    (36件)

すべて 2015 2014 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 1件、 査読あり 7件、 謝辞記載あり 5件) 学会発表 (28件) (うち招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Tunneling transport in quantum dots formed by coupled dopant atoms2015

    • 著者名/発表者名
      Daniel Moraru, Arup Samanta, Takahiro Tsutaya, Yuki Takasu, Takeshi Mizuno, Michiharu Tabe
    • 雑誌名

      Advanced Materials Research

      巻: 1117 ページ: 78-81

    • DOI

      10.4028/www.scientific.net/AMR.1117.78

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Kelvin probe force microscope observation of donors' arrangement in Si transistor channel2015

    • 著者名/発表者名
      Krzysztof Tyszka, Daniel Moraru, Takeshi Mizuno, Ryszard Jablonski, Michiharu Tabe
    • 雑誌名

      Advanced Materials Research

      巻: 1117 ページ: 82-85

    • DOI

      10.4028/www.scientific.net/AMR.1117.82

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Transport spectroscopy of coupled donors in silicon nano-transistors2014

    • 著者名/発表者名
      Daniel Moraru, Arup Samanta, Le The Anh, Takeshi Mizuno, Hiroshi Mizuta, Michiharu Tabe
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 4 ページ: 6219-1~6

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1038/srep06219

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] The impacts of electronic state hybridization on the binding energy of single phosphorus donor electrons in extremely downscaled silicon nanostructures2014

    • 著者名/発表者名
      Le The Anh, Daniel Moraru, Muruganathan Manoharan, Michiharu Tabe, Hiroshi Mizuta
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 116 ページ: 063705-1~9

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1063/1.4893181

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Observation of tunneling effects in lateral nanowire pn junctions2014

    • 著者名/発表者名
      Sri Purwiyanti, Arief Udhiarto, Daniel Moraru, Takeshi Mizuno, Djoko Hartanto, Michiharu Tabe
    • 雑誌名

      Makara Journal of Technology

      巻: 18 ページ: 91-95

    • DOI

      10.7454/mst.v18i2.2948

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Individuality of dopants in silicon nano-pn junctions2014

    • 著者名/発表者名
      Daniel Moraru, Sri Purwiyanti, Roland Nowak, Takeshi Mizuno, Arief Udhiarto, Djoko Hartanto, Ryszard Jablonski, Michiharu Tabe
    • 雑誌名

      Materials Science (Medziagotyra)

      巻: 20 ページ: 129-131

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.5755/j01.ms.20.2.6312

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Potential profile and photovoltaic effect in nanoscale lateral pn junction observed by Kelvin probe force microscopy2014

    • 著者名/発表者名
      Roland Nowak, Daniel Moraru, Takeshi Mizuno, Ryszard Jablonski, Michiharu Tabe
    • 雑誌名

      Thin Solid Films

      巻: 557 ページ: 249-253

    • DOI

      10.1016/j.tsf.2013.08.115

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Interactions of individual dopants and macroscopic quantum dots in weakly-doped nanoscale SOI-FETs2015

    • 著者名/発表者名
      Daniel Moraru, Yuuki Takasu, Arup Samanta, Takeshi Mizuno, Michiharu Tabe
    • 学会等名
      2015年 第62回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東海大学湘南キャンパス(神奈川県・平塚市)
    • 年月日
      2015-03-12
  • [学会発表] Electric-field-assisted formation of an interfacial double-donor molecule in Si nano-transistors2015

    • 著者名/発表者名
      Arup Samanta, Daniel Moraru, Takeshi Mizuno, Michiharu Tabe
    • 学会等名
      2015年 第62回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東海大学湘南キャンパス(神奈川県・平塚市)
    • 年月日
      2015-03-12
  • [学会発表] Surface potential observation of heavily-doped Si by KPFM2015

    • 著者名/発表者名
      Krzystof Tyszka, Daniel Moraru, Takeshi Mizuno, Ryszard Jablonski, Michiharu Tabe
    • 学会等名
      2015年 第62回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東海大学湘南キャンパス(神奈川県・平塚市)
    • 年月日
      2015-03-12
  • [学会発表] Effect of Individual Dopants in Esaki Tunneling Diodes2015

    • 著者名/発表者名
      Hoang Nhat Tan, Daniel Moraru, Ryosuke Unno, Anak Agung Ngurah Gde Sapteka, Sri Purwiyanti, Le The Anh, Muruganathan Manoharan,Takeshi Mizuno, Hiroshi Mizuta, Djoko Hartanto, Michiharu Tabe
    • 学会等名
      2015年 第62回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東海大学湘南キャンパス(神奈川県・平塚市)
    • 年月日
      2015-03-12
  • [学会発表] 低濃度リンドープによるドーパント原子MOSFET2015

    • 著者名/発表者名
      Yuuki Takasu, Daniel Moraru, Takeshi Mizuno, Michiharu Tabe
    • 学会等名
      2015年 第62回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東海大学湘南キャンパス(神奈川県・平塚市)
    • 年月日
      2015-03-11
  • [学会発表] Tunneling Transport via Dopant-induced Quantum Dots in Silicon Nano-devices2015

    • 著者名/発表者名
      Daniel Moraru, Krzysztof Tyszka, Arup Samanta, Takeshi Mizuno, Ryszard Jablonski, Michiharu Tabe
    • 学会等名
      3rd International Conference on Nanoscience and Nanotechnology(ICONN2015)
    • 発表場所
      SRM University (Chennai・INDIA)
    • 年月日
      2015-02-05
    • 招待講演
  • [学会発表] Interaction between Dopant Atoms and Interface in Nanoscale Transistors2015

    • 著者名/発表者名
      Arup Samanta, Daniel Moraru, Takeshi Mizuno, Michiharu Tabe
    • 学会等名
      3rd International Conference on Nanoscience and Nanotechnology(ICONN2015)
    • 発表場所
      SRM University (Chennai・INDIA)
    • 年月日
      2015-02-04
  • [学会発表] Interface-assisted merging of two donor atoms in ultrathin Si-transistors2015

    • 著者名/発表者名
      Arup Samanta, Daniel Moraru, Takeshi Mizuno, Michiharu Tabe
    • 学会等名
      International Symposium towards the Future of Advanced Researches in Shizuoka University 2015
    • 発表場所
      静岡大学浜松キャンパス(静岡県・浜松市)
    • 年月日
      2015-01-27 – 2015-01-28
  • [学会発表] KPFM observation of donors in transistor channels doped with different concentrations2015

    • 著者名/発表者名
      Krzysztof Tyszka, Daniel Moraru, Takeshi Mizuno, Ryszard Jablonski, Michiharu Tabe
    • 学会等名
      International Symposium towards the Future of Advanced Researches in Shizuoka University 2015
    • 発表場所
      静岡大学浜松キャンパス(静岡県・浜松市)
    • 年月日
      2015-01-27 – 2015-01-28
  • [学会発表] Atomic and molecular behavior in tunneling transport via dopants in nano-transistors2015

    • 著者名/発表者名
      Daniel Moraru, Arup Samanta, Yuki Takasu, Takeshi Mizuno, Michiharu Tabe
    • 学会等名
      International Symposium towards the Future of Advanced Researches in Shizuoka University 2015
    • 発表場所
      静岡大学浜松キャンパス(静岡県・浜松市)
    • 年月日
      2015-01-27 – 2015-01-28
  • [学会発表] Silicon Nanoscale Transistors with Dopant-Induced Quantum Dots2014

    • 著者名/発表者名
      Daniel Moraru, Krzysztof Tyszka, Arup Samanta,Yuuki Takasu,Takahiro Tsutaya, Takeshi Mizuno, Ryszard Jablonski, Michiharu Tabe
    • 学会等名
      The 2nd International Conference on Nano Electronics Research and Education (ICNERE2014)
    • 発表場所
      静岡大学浜松キャンパス(静岡県・浜松市)
    • 年月日
      2014-11-24
  • [学会発表] Transport Phenomena in Nanoscale Silicon Tunneling pn Diodes2014

    • 著者名/発表者名
      Anak Agung Ngurah Gde Sapteka, Sri Purwiyanti, Hoang Nhat Tan, Ryosuke Unno, Daniel Moraru,Takeshi Mizuno, Arief Udhiarto, Djoko Hartanto, Michiharu Tabe
    • 学会等名
      The 2nd International Conference on Nano Electronics Research and Education (ICNERE2014)
    • 発表場所
      静岡大学浜松キャンパス(静岡県・浜松市)
    • 年月日
      2014-11-24
  • [学会発表] KPFM observation of donors in field effect transistor channel2014

    • 著者名/発表者名
      Krzysztof Tyszka, Daniel Moraru, Takeshi Mizuno, Ryszard Jablonski, Michiharu Tabe
    • 学会等名
      The 16th Takayanagi Kenjiro Memorial Symposium
    • 発表場所
      静岡大学浜松キャンパス(静岡県・浜松市)
    • 年月日
      2014-11-11
  • [学会発表] Single Electron Transport in Double-Donor System at Si/SiO2 Interface in Ultrathin SOI-FETs2014

    • 著者名/発表者名
      Arup Samanta, Daniel Moraru, Takeshi Mizuno, Michiharu Tabe
    • 学会等名
      The 16th Takayanagi Kenjiro Memorial Symposium
    • 発表場所
      静岡大学浜松キャンパス(静岡県・浜松市)
    • 年月日
      2014-11-11
  • [学会発表] Low-temperature spectroscopy of donor states in silicon nano-channels2014

    • 著者名/発表者名
      Daniel Moraru, Arup Samanta,Takahiro Tsutaya, Takeshi Mizuno, Michiharu Tabe
    • 学会等名
      The 16th Takayanagi Kenjiro Memorial Symposium
    • 発表場所
      静岡大学浜松キャンパス(静岡県・浜松市)
    • 年月日
      2014-11-11
  • [学会発表] シリコン中の少数個不純物の電子状態とデバイス応用2014

    • 著者名/発表者名
      Michiharu Tabe, Daniel Moraru, Takeshi Mizuno
    • 学会等名
      電子情報通信学会東北支部学術講演会
    • 発表場所
      秋田大学手形キャンパス(秋田県・秋田市)
    • 年月日
      2014-10-10
    • 招待講演
  • [学会発表] Impact of Doping Concentration Regimes on Low-Temperature Tunneling in Nanoscale SOI-FETs2014

    • 著者名/発表者名
      Daniel Moraru, Yuuki Takasu, Takahiro Tsutaya, Arup Samanta, Le The Anh, Muruganathan Manoharan, Takeshi Mizuno, Hiroshi Mizuta, Michiharu Tabe
    • 学会等名
      2014年 第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      北海道大学札幌キャンパス(北海道・札幌市)
    • 年月日
      2014-09-18
  • [学会発表] Effect of Dopants in Tunnel Barriers of Selectively Doped SOI-FETs2014

    • 著者名/発表者名
      Arup Samanta, Daniel Moraru, Takahiro Tsutaya, Le The Anh, Muruganathan Manoharan,Takeshi Mizuno, Hiroshi Mizuta, Michiharu Tabe
    • 学会等名
      2014年 第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      北海道大学札幌キャンパス(北海道・札幌市)
    • 年月日
      2014-09-18
  • [学会発表] KPFM Imaging of Donor Clusters in Selectively-Doped SOI-FET2014

    • 著者名/発表者名
      Krzystof Tyszka, Daniel Moraru, Takeshi Mizuno, Ryszard Jablonski, Michiharu Tabe
    • 学会等名
      2014年 第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      北海道大学札幌キャンパス(北海道・札幌市)
    • 年月日
      2014-09-18
  • [学会発表] Interband Tunncling through Individual Dopants in Nanoscale pn Junctions2014

    • 著者名/発表者名
      Hoang Nhat Tan, Purwiyanti Sri, Daniel Moraru, Le The Anh, Muruganathan Manoharan,Takeshi Mizuno, Hiroshi Mizuta, Hartanto Djoko, Michiharu Tabe
    • 学会等名
      2014年 第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      北海道大学札幌キャンパス(北海道・札幌市)
    • 年月日
      2014-09-18
  • [学会発表] Study of interband tunneling in nanoscale Si pn junctions2014

    • 著者名/発表者名
      Sri Purwiyanti Surya,Hoang Nhat Tan,Daniel Moraru, Takeshi Mizuno,Djoko Hartanto, Michiharu Tabe
    • 学会等名
      Inter-Academia 2014
    • 発表場所
      Riga Technical University(Riga・LATVIA)
    • 年月日
      2014-09-12
  • [学会発表] Impact of Dopant Induced States on Interband Tunneling in Nanoscale pn Junctions2014

    • 著者名/発表者名
      Hoang Nhat Tan, Arup Samanta, Daniel Moraru, Yohei Kuzuya, Krzysztof Tyszka, Le The Anh, Takeshi Mizuno, Ryszard Jablonski, Hiroshi Mizuta, Michiharu Tabe
    • 学会等名
      2014 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM 2014)
    • 発表場所
      つくば国際会議場(茨城県・つくば市)
    • 年月日
      2014-09-10
  • [学会発表] KPFM Observation of Quantum Dots Induced by Clustered Donors in Selectively-Doped SOI-FETs2014

    • 著者名/発表者名
      Krzysztof Tyszka, Arup Samanta, Daniel Moraru, Yohei Kuzuya, Le The Anh, Takeshi Mizuno, Ryszard. Jablonski, Hiroshi Mizuta, Michiharu Tabe
    • 学会等名
      2014 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM 2014)
    • 発表場所
      つくば国際会議場(茨城県・つくば市)
    • 年月日
      2014-09-10
  • [学会発表] Kelvin Probe Force Microscope Observation of Donors’ Arrangement in Si Transistor Channel2014

    • 著者名/発表者名
      Krzysztof Tyszka, Daniel Moraru, Takeshi Mizuno, Ryszard Jablonski, Michiharu Tabe
    • 学会等名
      Inter-Academia 2014
    • 発表場所
      Riga Technical University(Riga・LATVIA)
    • 年月日
      2014-09-10
  • [学会発表] Tunneling Transport in Quantum Dots Formed by Coupled Dopant Atoms2014

    • 著者名/発表者名
      Daniel Moraru, Arup Samanta, Takahiro Tustaya, Yuuki Takasu,Takeshi Mizuno, Michiharu Tabe
    • 学会等名
      Inter-Academia 2014
    • 発表場所
      Riga Technical University(Riga・LATVIA)
    • 年月日
      2014-09-10
  • [学会発表] Control of Electron Transport Regimes via Single- and Multiple-Donors in Nano-Channel SOI-FETs2014

    • 著者名/発表者名
      Daniel Moraru, Arup Samanta, Takahiro Tsutaya, Yuuki Takasu, Le The Anh, Muruganathan Manoharan, Takeshi Mizuno, Hiroshi Mizuta, Michiharu Tabe
    • 学会等名
      2014 IEEE Silicon Nanoelectronics Workshop
    • 発表場所
      Hilton Hawaiian Village(Honolulu・USA)
    • 年月日
      2014-06-09
  • [学会発表] Study of Quantized-Energy Effects in Si Nanoscale Lateral pn Junction Diodes2014

    • 著者名/発表者名
      Sri Purwiyanti, Hoang Nhat Tan, Daniel Moraru, Le The Anh, Muruganathan Manoharan, Takeshi Mizuno, Hiroshi Mizuta, Djoko Hartanto, Michiharu Tabe
    • 学会等名
      2014 IEEE Silicon Nanoelectronics Workshop
    • 発表場所
      Hilton Hawaiian Village(Honolulu・USA)
    • 年月日
      2014-06-08
  • [学会発表] Electron Transport in Double-Donor Systems at Si/SiO2 Interface in SOI-FETs2014

    • 著者名/発表者名
      Arup Samanta, Daniel Moraru, Takeshi Mizuno, Michiharu Tabe
    • 学会等名
      2014 IEEE Silicon Nanoelectronics Workshop
    • 発表場所
      Hilton Hawaiian Village(Honolulu・USA)
    • 年月日
      2014-06-08
  • [備考] 静岡大学 電子工学研究所 田部道晴研究室ホームページ

    • URL

      http://www.rie.shizuoka.ac.jp/~nanohome/

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公開日: 2016-06-01  

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