2003 Fiscal Year Annual Research Report
シリコンナノ構造中の物理現象を利用した新機能素子の開発
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02J08691
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Research Institution | The University of Tokyo |
Principal Investigator |
齋藤 真澄 東京大学, 大学院・工学系研究科, 特別研究員(DC1)
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Keywords | 単電子トランジスタ / 単正孔トランジスタ / 室温動作 / クーロンブロッケード振動 / シリコン量子ドット / 量子準位間隔 / 負性微分コンダクタンス / 単電子トランジスタ論理 |
Research Abstract |
本研究では、将来の超低消費電力・超高集積回路の重要な基本要素となることが予想されるシリコン単電子トランジスタ(SET)に関する研究を主要課題としているが、第2年度の研究目的として「室温動作シリコンSETの作製」を掲げていた。今年度得られた主要な成果は次の3つである。 1.室温での巨大なクーロンブロッケード振動の観測 SETの最も重要な特性はクーロンブロッケード振動であり、室温動作SET回路を構築するためには、室温で巨大なクーロンブロッケード振動を観測することが不可欠である。しかしこれまでに室温で観測されていたクーロンブロッケード振動の電流山谷比は多くの場合2以下であった。本研究では、ポイントコンタクト型のチャネルを有するMOSFET構造において、チャネルのさらなる極狭化、及びp型デバイスの採用により、室温で電流山谷比40.4の単一ドットSHTクーロン振動を観測することに成功した。この山谷比は世界最高である。 2.室温での明瞭な負性微分コンダクタンスの観測 上述のクーロンブロッケード振動は完全に古典的な特性であるが、比較的高い温度でも動作するSETにおいては、SETが有する量子ドットのサイズが10nmを大きく下回るようになり、ドット中の量子閉じ込めに起因する量子効果特性が現れるようになる。これまで量子効果特性は30K以下の低温領域でしか観測されていなかったが、本研究では上述の新手法で作製した単一ドットSHTにおいて、ドット中の巨大な量子準位間隔に起因する明瞭な負性微分コンダクタンス(電流山谷比11.8)を観測することに成功した。これはSETあるいはSHTにおける負性微分コンダクタンスの初の室温観測である。 3.負性微分コンダクタンスを利用した新しい高機能SHT論理演算の室温実証 上述のように室温で得られた負性微分コンダクタンス特性を利用した新しい形のSHT論理演算方式を提案した。巨大なクーロンブロッケード振動と負性微分コンダクタンスを組み合わせて用いることにより、1つのSHTの電流出力としてXOR演算を実現することが可能である。実際に作製したデバイスにおいてこの高機能論理演算を室温で実証することに成功した。
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Research Products
(5 results)
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[Publications] Masumi Saitoh, Hideaki Majima, Toshiro Hiramoto: "Tunneling barrier structures in room-temperature operating silicon single-electron and single-hole transistors"Japanese Journal of Applied Physics. Vol.42,No.4B. 2426-2428 (2003)
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[Publications] Masumi Saitoh, Tasuku Murakami, Toshiro Hiramoto: "Large Coulomb blockade oscillations at room temperature in ultra-narrow wire channel MOSFETs formed by slight oxidation process"IEEE Transactions on Nanotechnology. Vol.2,No.4. 241-245 (2003)
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[Publications] Masumi Saitoh, Toshiro Hiramoto: "Room-temperature observation of negative differential conductance due to large quantum level spacing in silicon single-electron transistor"Japanese Journal of Applied Physics. Vol.43,No.2A. L210-L213 (2004)
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[Publications] Masumi Saitoh, Toshiro Hiramoto: "Extension of Coulomb blockade region by quantum confinement in the ultra-small silicon dot in a single-hole transistor at room temperature"Applied Physics Letters. 印刷中. (2004)
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[Publications] Toshiro Hiramoto, Hideaki Majima, Masumi Saitoh: "Quantum effects and single-electron charging effects in nano-scale silicon MOSFETs at room temperature"Materials Science an Engineering : B. vol.101,no.1-3. 24-27 (2003)