2015 Fiscal Year Annual Research Report
Si量子ドット集積構造による弾道電子制御と低電圧駆動高効率電子放出デバイスの創成
Project/Area Number |
15J12494
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Research Institution | Nagoya University |
Principal Investigator |
竹内 大智 名古屋大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)
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Project Period (FY) |
2015-04-24 – 2017-03-31
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Keywords | 電子放出 / Si量子ドット |
Outline of Annual Research Achievements |
初年度は、不純物添加したSi系量子ドットの立体集積構造を作成し、不純物添加が電子放出特性に及ぼす影響について非接触AFMによる二次元電流像測定より評価し、不純物添加による電子注入効率の向上および積層構造上部でエネルギーバンドの曲りが顕在化することにより放出特性が向上することが分かった。 具体的には、極薄Au/P添加Si量子ドット積層構造/n-Si(100)/Alスタック構造において、下部電極に負バイアスを印加した状態で探針-試料表面間距離を~200nmに設定し、非接触で二次元電流像測定を行った結果、-5V以上の負バイアス印加で電子放出に起因した高伝導スポットが検出でき、印加バイアスの増加に伴い電流値が指数関数的に上昇することが確認できた。P添加していないSi量子ドット多重集積構造においては、-6Vから電子放出に起因した高伝導スポット観測でき、電流値もP添加した構造と比較して減少することが確認できた。この結果は、Siドット中のPドナーの正電荷が顕在化し、基板からの電子注入効率が向上することで放出電子が増加したためであると考えられる。さらに、両者の構造からの放出電子のエネルギー分布測定を行った結果、低電圧ではP添加していないSi量子ドット多重集積構造、高電圧ではP添加Si量子ドット多重集積構造の方が強度が大きいことが確認できた。この結果は、Pドナーの正帯電に起因した電子注入効率の上昇により、上層ドットでの電界集中が緩和されたためと考えられ、高電圧領域では、P添加Si量子ドットからの価電子放出に起因した上層ドットのバンド曲がりの増加により、高効率放出が起きたと考えられる。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本申請では、高密度に形成したナノメートルサイズのSi結晶(Si量子ドット)において、ドット間の結合状態や多重連結によって生じる電子相関現象と機能を実験的に探索し、高効率電子放出デバイス創成を目的としている。 初年度ではSiドットへの不純物添加を行い、ドット内での電子輸送および弾道電子放出へ及ぼす影響について実験的に明らかにしていることから、おおむね順調に進展していると考えている。
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Strategy for Future Research Activity |
今後は、既に実績のある一次元連結Si量子ドット上にSi量子ドット立体集積構造を形成し、連結ドットでの高効率電子注入に起因した電子放出の高効率化を実証する。さらに、Siドット中にGeを内包したGeコアSi量子ドットでは、Siクラッドに電子、Geコア内に正孔がそれぞれ安定保持されることが分かっており、上層ドットに組み込むことで上層でのエネルギーバンドの曲がりが顕在化すると考えられる。これらをSi量子ドット多重集積構造に融合させることで、高効率電子注入層(一次元連結ドット)と高効率弾道電子放出層(GeコアSi量子ドット)とのハイブリッド集積構造による超高効率電子放出デバイスを実現する。
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Research Products
(6 results)
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[Presentation] Study of Electron Field Emission from Multiply-Stacking Si Quantum Dots2016
Author(s)
Daichi Takeuchi, Katsunori Makihara, Akio Ohta, Mitsuhisa Ikeda and Seiichi Miyazaki
Organizer
9th International WorkShop on New Group IV Semiconductor Nanoelectronics and JSPS Core-to Core Program Joint Seminar "Atomically Controlled Processing for Ultralarge Scale Integration
Place of Presentation
Sendai, Japan
Year and Date
2016-01-11 – 2016-01-12
Int'l Joint Research
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