2002 Fiscal Year Annual Research Report
高周波単一電子トランジスタを用いた高速高感度走査電荷顕微鏡の開発
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12355002
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
島田 宏 東京大学, 低温センター, 助手 (60216067)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大塚 洋一 筑波大学, 物理学系, 教授 (50126009)
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| Keywords | 単一電子トランジスタ / 走査プローブ顕微鏡 / 電荷顕微鏡 / 高速動作 / 光ファイバー |
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| Research Abstract |
3年間の研究結果の概要として、2Kまでの低温で動作可能な、先鋭化した光ファイバをプローブとした剪断力顕微鏡を導入し、このプローブ先端に単一電子トランジスタを作り込むプロセスを開発した。また、走査電荷顕微鏡としての動作に適した高速測定回路を開発した。しかし、残念ながら、この研究期間にすべての要素を組み合わせた電荷顕微鏡動作を得るまでには至らなかった。
まず、剪断力顕微鏡型の低温表面走査機構については、室温から2Kまでの温度で走査領域1mm角以上、走査分解能0.1μm以下(x, y, z方向)、温度安定度0.1Kの性能を得ている。単一電子トランジスタプローブについては、光ファイバーの曲率半径10nm程度の先端にAlおよびCrをベースとした素子を作製し、帯電エネルギー10K〜100Kの素子が作製できているが、プロセスでの歩留まりを高くすることができなかった。ゲート応答については、プローブとゲート電極間300μmで400V周期のゲート応答を得ることができた。動作回路については、当初高周波単一電子トランジスタ回路の導入を計画したが、より簡易で汎用性の高い高速計測回路を2種独自開発した。一つは市販のC-MOS構成のオペアンプを4.2Kに置いた低温電流増幅器型の回路で、利得10^6V/A、動作帯域100kHz以上、雑音1pA/Hz^<1/2>以下(<100kHz)での動作が可能である。また他方は室温回路で、利得10^6V/A、動作帯域1MHz以上、雑音1pA/Hz^<1/2>以下(<50kHz)の、信号ケーブルのガードを信号電圧で駆動する電流増幅器型の回路である。
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