2014 Fiscal Year Annual Research Report
シリコンナノ構造を基盤としたドーパント原子デバイスの開発
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23226009
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
田部 道晴 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (80262799)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
品田 賢宏 東北大学, 学内共同利用施設等, 教授 (30329099)
小野 行徳 富山大学, その他の研究科, 教授 (80374073)
水田 博 北陸先端科学技術大学院大学, マテリアルサイエンス研究科, 教授 (90372458)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 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 / 接合ダイオード |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究計画では、ドーパント原子デバイス、および関連する要素研究を総合的に進めている。本年度の主な成果は次のとおりである。
１．ドーパント原子トランジスタ（田部G,水田G)：H25年度に試作した選択ドープFETの特性を継続して調べ、リンクラスタ量子ドットの電子状態を反映したトンネル型Id-Vg特性が現れることを見出した（Scientific Reports(2014))。また、120Kを超える高温特性が得られており、現在詳しく検討している（未発表）。また、第一原理計算により、Siナノロッド中のリンドナーの活性化エネルギーを評価する新しい手法を考案し、Si電子状態にドナー電子状態の混成効果とリンのポテンシャル由来の量子効果によって、ほとんどサイズに依存しない一定値となることを見出した（JAP(2014))。
２．高濃度pnナノダイオード（田部G、水田G）：極薄高濃度pnナノダイオードのI-V特性を調べた結果、よく知られた負性微分抵抗に加えて大きな電流ピークが重畳されることを見出した。接合部のドーパントを介したトンネリングの第一原理計算とも整合している（SSDM(2014)にて発表）。
３．ドーパント検出技術（田部G,小野G):選択ドープFETのKFM観察を行い、複合ドーパントが形成するポテンシャル分布を測定した（SSDM(2014)にて発表）。また、新たに時間分解チャージポンピング法を開発し、欠陥の物理的特徴を抽出した（APL(2014))。ドーパントへの適用と、準備中のESRによる検出が今後の課題である。
４．高精度ドーパント注入技術（品田G、田部G)：シングルイオン注入については、直径20nmからさらに10nmへの高精度化を目指して検討を行っている。田部Gでは、EBリソによる窓開け法をさらに高精度化しつつある。
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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
H26年度は、ドーパント原子FETについては室温動作を目指して選択ドーピングによるクラスター化したリンドナーの利用を検討し、ごく最近、これまでの最高となる120Kを超えるトンネル電流ピークが観測できている。KFMによる電位分布測定により、ほぼドーパントクラスターによる深い量子井戸を確認できた。これにより、最終目標である室温動作の見通しが得られた。
また、ナノスケールの2次元エサキダイオードにおいて、pn接合部のドーパントによると思われるバンド間トンネル電流の異常を発見した。これは、バンド間トンネル電流において観測された初めてのドーパント揺らぎの効果であり、当初の計画には想定されていなかった成果である。
これらの成果は、当初の計画と比べて他の研究項目の成果も総合すると、おおむね順調に進展していると評価できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
H26年度までの結果を踏まえ、最終年度（H27年度）は次のように研究を進めていく。
１．ドーパント原子デバイス：リンをチャネル中央部に選択ドープしたFETを中心に、特に、最近の我々の研究で明らかになってきたソース、ドレインとの間のトンネルバリア高さに注目して高温動作を目指す。最終目標は室温でのトンネル電流ピークの観測であるが、少なくとも150Kを超える動作を実現して、高温動作の指針を明らかにしたい。
２．ナノスケールエサキトンネルダイオード：発見した鋭い共鳴的な電流ピークは、今後デバイス応用可能な新しい現象である。これをさらに解明して、その原理と可能な応用を提案していく。
３．その他、フォトン検出をはじめ関連するデバイス応用の実験・提案と、ドーパント検出技術、第一原理計算による学術的な基盤構築をできる限り総合的に実施する。
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[Presentation] Effect of Individual Dopants in Esaki Tunneling Diodes2015
Author(s)
Hoang Nhat Tan, Daniel Moraru, Ryosuke Unno, Anak Agung Ngurah Gde Sapteka, Sri Purwiyanti, Le The Anh, Muruganathan Manoharan,Takeshi Mizuno, Hiroshi Mizuta, Djoko Hartanto, Michiharu Tabe
Organizer
2015年 第62回応用物理学会春季学術講演会
Place of Presentation
東海大学湘南キャンパス(神奈川県・平塚市）
Year and Date
2015-03-12
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[Presentation] Transport Phenomena in Nanoscale Silicon Tunneling pn Diodes2014
Author(s)
Anak Agung Ngurah Gde Sapteka, Sri Purwiyanti, Hoang Nhat Tan, Ryosuke Unno, Daniel Moraru,Takeshi Mizuno, Arief Udhiarto, Djoko Hartanto, Michiharu Tabe
Organizer
The 2nd International Conference on Nano Electronics Research and Education (ICNERE2014)
Place of Presentation
静岡大学浜松キャンパス（静岡県・浜松市）
Year and Date
2014-11-24
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