半導体量子細線中の量子干渉効果と電子波デバイスの応用

1988 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 63420022
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 難波 進 大阪大学, 極限物質研究センター, 教授 (70029370)
• 研究分担者: 弓場 愛彦 大阪大学, 基礎工学部, 助手 (30144447) ; 高井 幹夫 大阪大学, 基礎工学部, 助教授 (90142306) ; 蒲生 健次 大阪大学, 基礎工学部, 教授 (70029445)
• キーワード: ナノメートル加工 / メゾスコピック現象 / アハラノフ / ボーム効果 / 量子干渉効果 / 電子波エレクトロニクス

研究概要

例えば、長さ1cm、断面積0.1×0.1の量子細線は、電子の非弾性散乱長や平均自由行程以下の大きさであり、さらに細線中に含まれるキャリヤ数は僅か10^3のオーダーとなる。したがってこの中を伝わる電子波の単色性が高く、また細線中をコヒーレンスを失う事なく伝わるため、量子干渉効果が顕著となる。これは"メゾスコピック"物理と呼ばれる新しい物理学の一分野となりつつある。同時に新しい量子効果デバイスへの応用からも興味が持たれる。本研究は、このようなメゾスコピックな極微構造半導体中で起こる。種々の電子波の干渉についてその基礎特性を調べ、新しい量子効果デバイスへの応用の可能性を探索することを目的として行なった。本年度の研究実積はまとめると次のようである。
1.低エネルギー減速電界レンズを購入し、GaAsについて低エネルギー加工損傷の評価を行なった。この結果、1.KeV以下の低エネルギー集束イオンビーム照射によっても損傷は発生するが、その濃度は高エネルギー(30KeV以上)照射に較べて少く、またアニールも低温(600℃)で充分であり損傷の影響を低減できる事を示した。この結果は、集束イオンビームを用いて半導体量子細線を製作する上で重要である。2.GaAs/GaAlAs量子細線を製作し、バリスティック電導域における量子伝導効果を調べた。この結果、バリスティック伝導のために抵抗は、電流径路の曲りによって影響を受け、大きな直流負抵抗が生じる事を初めて観測できた。3.GaAs/GaAlAsリング素子を作りアハラノフボーム効果を観測し、また、量子干渉効果は、局在せず、非弾性散乱長程度の範囲にわたって影響を及ぼす事を確認した。

研究成果

• [文献書誌] Y.Takagaki;K.Gamao;S.Namba;S.Ishida;S.Takaoka;K.Murase;K.Ishibashi;Y.Aoyagi: Solid State Communications. 68. 1051-1054 (1988)
• [文献書誌] K.Gamo;H.Miyake;Y.Yuba;S.Namba;H.Kasahara;S.Sawaragi;R.Aihara: J.Vac.Sci.Technol.B6. 2124-2127 (1988)
• [文献書誌] H.Miyake;Y.Yuba;K.Gamo;S.Namba;R.Mimura;R.Aihara: Jpn.J.Appl.Phys.27. 12037-12039 (1988)
• [文献書誌] K.Ishibashi;Y.Takagaki;K.Gamo;S.Namba;S.Takaoka;K.Murase;S.Ishida;Y.Aoyagi: J.Vac.Sci.Technol.B6. 1852-1856 (1988)
• [文献書誌] Y.Takagaki;K.Gamo;S.Namba;S.Takaoka;K.Murase;S.Ishida;K.Ishibashi;Y.Aoyagi: Solid State Commnnications.69. 811-815 (1989)
• [文献書誌] Y.Takagaki;K.Ishibashi;S.Ishida;S.Takaoka;K.Gamo;K.Murase;S.Namba: Japanese Journal of Applied Physics.
• [文献書誌] 難波進 編: "Ion Beam Modification of Materials." North Holland, (1989)
• [文献書誌] S.Namba.K.Murase;K.Gamo: "Nanostructure Fabrication and Science." Springer Verlag,