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

2015 年度 実績報告書

• 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, 工学部, 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

研究実績の概要

本研究の目的は、微細SOI-MOSFETにおいて、ソース端リンドナーのエネルギーフィルタリング効果を低温および室温で確認して立ち上がり特性の急峻化を目指すことである。平成27年度に得られた主な結果は以下のとおりである。
1)n+／i／n+構造の微細SOI-MOSFETを作製・評価した。チャネル幅Wが十分に小さければ、単電子トンネル電流がソース端付近のリンドナー量子ドットによって決まるとともに、比較的高温（～100 K）まで観察できることを示した(SNW WS 2015)。この結果は、本研究の目的で用いた仮説である「ソース端リンドナーのエネルギーフィルターの効果」が原理的に正しいことを示している。
しかし、この効果を室温で安定的に利用するためには、量子ドットの位置やエネルギー深さを正確に制御するとともに最適化することが重要と思われる。
2) リンドナー量子ドットの位置を制御するために選択ドーピング技術を用いてチャネル中央付近に量子ドットを形成し、電流電圧特性と量子ドットの電子状態の関係を明らかにした (NRL 2015)。また、ごく最近、このデバイスでWが十分に狭い場合は、中央付近の量子ドットを介した単電子トンネリングが室温でも観測されることを見出した（SNW WS2016にて発表予定）。これにより動作の温度の高温化をほぼ達成することができた。ただし、このFETは、量子ドットがソース端から離れているので、「FETの立ち上がり特性の急峻化」に結び付くか否かは明らかでなく、今後、量子ドットのチャネル内での位置の効果を詳しく調べることが重要となる。
3) 現在、選択ドーピングのチャネル内位置を変えてFETを作製・評価している。予備的なI-V測定を進めている段階であるが、今後、エネルギーフィルタリングのためのリンドナー量子ドットの最適位置と室温動作を両立させるべく研究を進めていく。

研究成果

• [国際共同研究] Warsaw Institute of Technology(Poland)
  • 国名: ポーランド
  • 外国機関名: Warsaw Institute of Technology
• [国際共同研究] University of Indonesia/Agency for Assess. and Applic. Technol.(Indonesia)
  • 国名: インドネシア
  • 外国機関名: University of Indonesia/Agency for Assess. and Applic. Technol.
• [国際共同研究] University of Southampton(United Kingdom)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: University of Southampton
• [雑誌論文] Atomistic nature in band-to-band tunneling in two-dimensional silicon pn tunnel diodes (2016)
  • 著者名/発表者名: Michiharu Tabe, Hoang Nhat Tan, Takeshi Mizuno, Manoharan Muruganathan, Le The Anh, Hiroshi Mizuta, Ratno Nuryadi, Daniel Moraru
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 108 ページ: 093502-1-5
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.4943094
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Electric-field-assisted formation of an interfacial double-donor molecule in silicon nano-transistors (2015)
  • 著者名/発表者名: Arup Samanta,Daniel Moraru, Takeshi Mizuno, Michiharu Tabe
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 5 ページ: 17377-1～10
  • DOI: 10.1038/srep17377
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Effect of individual dopants in nano-SOI-MOSFETs and nano-pn-diodes (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Tabe, D. Moraru, A. Samanta, K. Tyszka, H. N. Tan, Y. Takasu, R. Jablonski, L. T. Anh, H. Mizuta, T. Mizuno
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: 69 ページ: 189-195
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Physics of strongly-coupled dopant-atoms in nanodevices (2015)
  • 著者名/発表者名: Daniel Moraru, Krzysztof Tyszka, Yuki Takasu, Arup Samanta, Takeshi Mizuno, Ryszard Jablonski, Michiharu Tabe
  • 雑誌名: International Journal of Technology 巻: 6 ページ: 1057-1064
  • DOI: http://dx.doi.org/10.14716/ijtech.v6i6.1305
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Tunneling in systems of coupled dopant-atoms in silicon nanodevices (2015)
  • 著者名/発表者名: Daniel Moraru,Arup Samanta, Krzysztof Tyszka, Le The Anh, Manoharan Muruganathan, Takeshi Mizuno, Ryszard Jablonski, Hiroshi Mizuta, Michiharu Tabe
  • 雑誌名: Nanoscale Research Letters 巻: 10 ページ: 372-1-10
  • DOI: 10.1186/s11671-015-1076-z
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Effect of selective doping on the spatial dispersion of donor-induced quantum dots in Si nanoscale transistors (2015)
  • 著者名/発表者名: Krzysztof Tyszka, Daniel Moraru, Arup Samanta, Takashi Mizuno, Ryszard Jablonski, Michiharu Tabe
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 8 ページ: 094202-1～4
  • DOI: http://dx.doi.org/10.7567/APEX.8.094202
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Comparative study of donor-induced quantum dots in Si nano-channels by single-electron transport characterization and Kelvin probe force microscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: Krzysztof Tyszka, Daniel Moraru, Arup Samanta, Takashi Mizuno, Ryszard Jablonski, Michiharu Tabe
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 117 ページ: 244307-1-6
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.4923229
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Tunneling transport in quantum dots formed by coupled dopant atoms (2015)
  • 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 channel (2015)
  • 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
• [学会発表] Enhancement of inter-band tunneling due to low-dimensionality of lateral 2D silicon Esaki diodes (2016)
  • 著者名/発表者名: D. Moraru, H. N. Tan, L. T. Anh, M. Manoharan, T. Mizuno, R. Nuryadi, H. Mizuta, and M. Tabe
  • 学会等名: 2016 IEEE Silicon Nanoelectronics Workshop
  • 発表場所: Hilton Hawaiian Village, HI USA
  • 年月日: 2016-06-12 – 2016-06-13
  • 国際学会
• [学会発表] Single-electron tunneling operation via a-few-donor quantum dots in SOI-FETs up to room temperature (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Samanta, Y. Takasu, T. Mizuno, D. Moraru, and M. Tabe
  • 学会等名: 2016 IEEE Silicon Nanoelectronics Workshop
  • 発表場所: Hilton Hawaiian Village, HI USA
  • 年月日: 2016-06-12 – 2016-06-13
  • 国際学会
• [学会発表] Tunneling-transport operation of selectively-doped dopant-atom transistors up to room temperature (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Samanta, D. Moraru*, Y. Takasu, T. Mizuno, and M. Tabe
  • 学会等名: 63rd JSAP Spring Meeting
  • 発表場所: 東京工業大学（東京都目黒区）
  • 年月日: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [学会発表] Effects of phonons and discrete dopants on band-to-band tunneling in two-dimensional Si pn junction diodes (2016)
  • 著者名/発表者名: D. Moraru, H. N. Tan, R. Unno, T. Mizuno, M. Manoharan, L. T. Anh, R. Nuryadi, H. Mizuta, and M. Tabe
  • 学会等名: 63rd JSAP Spring Meeting
  • 発表場所: 東京工業大学（東京都目黒区）
  • 年月日: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [学会発表] First-principles study of the impact of inter-dopants interaction on their wavefunctions in downscaled P-B co-doped Si nanorods (2016)
  • 著者名/発表者名: L. T. Anh, D. Moraru, M. Manoharan, M. Tabe, and H. Mizuta
  • 学会等名: 63rd JSAP Spring Meeting
  • 発表場所: 東京工業大学（東京都目黒区）
  • 年月日: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [学会発表] Si中の個別ドーパントの物理と利用：FETとエサキダイオード (2016)
  • 著者名/発表者名: 田部道晴、モラル ダニエル、サマンタ アルプ、水野武志
  • 学会等名: ナノデバイステクノロジーワークショップ2016
  • 発表場所: 広島大学(広島県東広島市）
  • 年月日: 2016-03-02
• [学会発表] Dynamical modification of the equivalent circuit with the bias voltage in a multiple-dopant system (2015)
  • 著者名/発表者名: Arup Samanata, Daniel Moraru, Yuki Takasu, Takeshi Mizuno, Michiharu Tabe
  • 学会等名: The 17th 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: 2015-11-17
  • 国際学会
• [学会発表] Atomic and molecular effects based on dopants in silicon nanodevices (2015)
  • 著者名/発表者名: Daniel Moraru, Arup Samanta, Krzysztof Tyszka, Manoharan Muruganathan, Le The Anh, Takeshi Mizuno, Ryszard Jablonski, Hiroshi Mizuta, Michiharu Tabe
  • 学会等名: ICSS Meeting
  • 発表場所: Holiday Inn Resort Phuket, Phuket, THAILAND
  • 年月日: 2015-11-04 – 2015-11-07
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Effect of individual dopants in nano-SOI-MOSFETs and nano-pn-diodes (2015)
  • 著者名/発表者名: Michiharu Tabe, Daniel Moraru, Arup Samanta, Krzysztof Tyszka, Hoang Nhat Tan, Yuuki Takasu, Ryszard Jablonski, Le The Anh, Hiroshi Mizuta, Takeshi Mizuno
  • 学会等名: 228th ECS Meeting
  • 発表場所: Phoenix Convention Center,Phoenix, AZ, USA
  • 年月日: 2015-10-11 – 2015-10-15
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Impact of dopant atoms on electron tunneling into nanoscale-transistor channels (2015)
  • 著者名/発表者名: Daniel Moraru, Arup Samanta, Yuuki Takasu, Krzysztof Tyszka, Takeshi Mizuno, Ryszard Jablonksi, and Michiharu Tabe
  • 学会等名: Inter-Academia 2015
  • 発表場所: Congress Center, Hamamatsu ACT CITY
  • 年月日: 2015-09-28
  • 国際学会
• [学会発表] ドーパントによるバンド間トンネルの増強効果 (2015)
  • 著者名/発表者名: Hoang Nhat Tan, Daniel Moraru, Le The Anh, Muruganathan Manoharan,Takeshi Mizuno, Hiroshi Mizuta, Michiharu Tabe
  • 学会等名: 2015年第76回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場(愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2015-09-13 – 2015-09-16
• [学会発表] High-temperature single-electron tunneling transport through dopant-cluster in narrow channel SOI-FETs (2015)
  • 著者名/発表者名: Arup Samanta, Daniel Moraru, Yuki Takasu, Takeshi Mizuno, Michiharu Tabe
  • 学会等名: 2015年第76回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場(愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2015-09-13 – 2015-09-16
• [学会発表] Correlation between single-electron tunneling characteristics and potential landscapes in dopant-atom transistors (2015)
  • 著者名/発表者名: Krzystof Tyszka, Daniel Moraru ,Arup Samanta, Takeshi Mizuno, Ryszard Jablonski, Michiharu Tabe
  • 学会等名: 2015年第76回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場(愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2015-09-13 – 2015-09-16
• [学会発表] Physics of strongly-coupled dopant-atoms in nanodevices (2015)
  • 著者名/発表者名: Daniel Moraru, Krzysztof Tyszka, Yuki Takasu, Arup Samanta, Takeshi Mizuno, Ryszard Jablonski and Michiharu Tabe
  • 学会等名: The 14th International Conference on QiR
  • 発表場所: Hotel Lombok Raya, Lombok, INDONESIA
  • 年月日: 2015-08-10 – 2015-08-13
  • 国際学会
• [学会発表] Recent progress in single-dopant atom devices (2015)
  • 著者名/発表者名: Michiharu Tabe, Daniel Moraru, Arup Samanta and Takeshi Mizuno
  • 学会等名: The 14th International Conference on QiR
  • 発表場所: Hotel Lombok Raya, Lombok, INDONESIA
  • 年月日: 2015-08-10 – 2015-08-13
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Dopant-cluster-assisted tunnelling in Si nanodevices (2015)
  • 著者名/発表者名: Michiharu Tabe, Daniel Moraru, Arup Samanta, Hoang Nhat Tan, Le The Anh, Muruganathan Manoharan, Hiroshi Mizuta and Takeshi Mizuno
  • 学会等名: Silicon Quantum Electronics Workshop 2015
  • 発表場所: Kagawa International Conference Hall, KAGAWA
  • 年月日: 2015-08-04
  • 国際学会
• [学会発表] Tunneling transport through single- and clustered-dopants (2015)
  • 著者名/発表者名: Michiharu Tabe, Daniel Moraru, Arup Samanta, Hoang Nhat Tan, Le The Anh, Muruganathan Manoharan, Hiroshi Mizuta and Takeshi Mizuno
  • 学会等名: ⅢBilateral Italy-Japan Seminar
  • 発表場所: Campus Plaza Kyoto, KYOTO
  • 年月日: 2015-06-16
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Dopant-assisted tunnel-current enhancement in two-dimensional Esaki diodes (2015)
  • 著者名/発表者名: Hoang Nhat Tan, Daniel Moraru, Krzysztof Tyszka, Anak Agung Ngurah Gde Sapteka, Sri Purwiyanti Surya, Le The Anh, Muruganathan Manoharan, Takeshi Mizuno, Ryszard Jablonski, Djoko Hartanto, Hiroshi Mizuta and Michiharu Tabe
  • 学会等名: 2015 Silicon Nanoelectronics Workshop
  • 発表場所: Rihga Royal Hotel Kyoto, KYOTO
  • 年月日: 2015-06-14 – 2015-06-15
  • 国際学会
• [学会発表] Impact of diffused donor-clusters near lead/channel boundary on high-temperature single-electron tunneling in narrow SOI-FETs (2015)
  • 著者名/発表者名: Daniel Moraru, Arup Samanta, Yuuki Takasu, Krzysztof Tyszka, Takeshi Mizuno, Ryszard Jablonski, and Michiharu Tabe
  • 学会等名: 2015 Silicon Nanoelectronics Workshop
  • 発表場所: Rihga Royal Hotel Kyoto, KYOTO
  • 年月日: 2015-06-14 – 2015-06-15
  • 国際学会
• [学会発表] The impact of single donor and donor-acceptor pair on electronic and transport properities of silicon nanostructures (2015)
  • 著者名/発表者名: Le The Anh, Daniel Moraru, Muruganathan Manoharan, Michiharu Tabe and Hiroshi Mizuta
  • 学会等名: 2015 Silicon Nanoelectronics Workshop
  • 発表場所: Rihga Royal Hotel Kyoto, KYOTO
  • 年月日: 2015-06-14 – 2015-06-15
  • 国際学会
• [学会発表] Position and number control of donor-QD potential by patttern-doping in SOI-FET channels (2015)
  • 著者名/発表者名: Krzysztof Tyszka , Daniel Moraru, Takeshi Mizuno, Ryszard Jablonski and Michiharu Tabe
  • 学会等名: 2015 Silicon Nanoelectronics Workshop
  • 発表場所: Rihga Royal Hotel Kyoto, KYOTO
  • 年月日: 2015-06-14 – 2015-06-15
  • 国際学会
• [学会発表] Tunneling via single and coupled dopant atoms in Si nanodevices (2015)
  • 著者名/発表者名: Daniel Moraru, Arup Samanta, Krzysztof Tyszka, Le The Anh, Muruganathan Manoharan, Takeshi Mizuno, Ryszard Jablonski, Hiroshi Mizuta and Michiharu Tabe
  • 学会等名: EMN Meeting on Quantum Technology
  • 発表場所: Beijing Xijiao Hotel, Beijing, CHINA
  • 年月日: 2015-04-14 – 2015-04-17
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] Nanoscale Silicon Devices Chapter 8: “Dopant-Atom Silicon Tunneling Nanodevices” (2015)
  • 著者名/発表者名: Daniel Moraru and Michiharu Tabe
  • 総ページ数: 288
  • 出版者: CRC Press
• [備考] 静岡大学 電子工学研究所 モラルダニエル研究室ホームページ
  • URL: http://www.morarulab.wordpress.com
• [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