2015 Fiscal Year Research-status Report
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26390028
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
酒井 明 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80143543)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 金属単原子接点 / 交流安定性 / エレクトロマイグレーション / コンダクタンス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成26年度の報告書に記したように，交流破断電圧の測定実験では原子の揺らぎ振動数がバイアス電圧の増加とともに高くなるために交流の時間平均効果が効かなくなることが考えられる．このため平成27年度は，交流破断電圧ではなく，交流下での接点寿命の測定を試みた．寿命測定ではバイアス振幅を低く設定できるので原子の揺らぎ振動数も低く抑えられる．交流の効果は交流下での接点寿命の増加として現われるものと考えられる．
測定には破断接合装置を使用し，Auを対象として接点が開く際のコンダクタンス変化を観測した．バイアス電圧は振幅0.2Vp-p，周波数１MHzの正弦波である．コンダクタンスの測定システムが直流用であるため，接点から得られる信号を検波してから測定を行った．測定環境は室温・超高真空中である．直流および１MHzのバイアス下で得られたコンダクタンスヒストグラムは単原子接点に由来する1G0ピークを示し，ピークに寄与している1G0接点の寿命を求めてその分布を直流および１MHzの場合について比較した．その結果，特に寿命分布に顕著な相異は見られず，接点寿命に対する交流バイアスの「延命効果」は観測されなかった．
デバイスの金属配線の場合にはその寿命（MTTF）が交流バイアスの周波数のベキ乗で増加することが示されており，AlSi配線の場合には1MHzでMTTFが1,000倍になっている．従って今回１MHzの交流バイアスでAuの単原子接点の寿命が変化しなかったことは，Auの単原子接点と金属配線とでは寿命を決定する機構が異なることを示唆している．金属配線のMTTFはエレクトロマイグレーションが支配的であるが，単原子接点の場合には0.2Vではまだエレクトロマイグレーション的な要因は小さく，寿命は接点の内部応力に支配されている可能性が高いと考えられる．
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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
当初平成27年度に予定されていた研究課題は，(1) Au以外の金属単原子接点の交流破断電圧の測定，および (2) 交流破断電圧の温度依存性の測定，であったが，26年度の研究結果を踏まえて研究対象を交流破断電圧から交流下での接点寿命の測定に変更した．概要に記したように，室温・超高真空中の測定でバイアス周波数は１MHzに固定であるが，Au単原子接点について寿命測定の課題は実施済みである．期待していた交流バイアスによる延命効果は観測されなかったが，研究結果は単原子接点の安定性に関する知見を広めるものであり，今後の研究展開に必要な情報は十分に得られたと考えられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
申請時の研究計画において平成28年度に予定されていた研究課題は，「単分子接合の交流安定性」であるが，金属単原子接点の交流安定性の問題が完全には解決されていないため，引き続き金属単原子接点を対象として研究を進める．具体的には単原子接点の研究の原点に戻り，Au接点のリレーを対象として交流バイアス下での単原子接点の観測を試みる．Au単原子接点の高いバイアス不安定性は当初リレー接点で観測され，コンダクタンスヒストグラムの1G0ピークがバイアス電圧の上昇とともに低減してゆくことが示されている．今回同じ現象を交流バイアス下で観測することを試みる．リレー接点の場合にはMCBJ法などによる接点よりも寿命が短いため，交流効果を観測するためには100MHz程度の高周波を必要とする．その反面，接点の開閉を多数回行なうことが容易であり，多くの試料について測定を行なうことができるため，データの統計性を高めることができる．また100MHz程度の高周波での測定は，1MHzで接点の「延命効果」が現われなかった原因が周波数不足にあるかどうかも明らかにしてくれる．
研究では数種類のAu接点の高周波用リレーを対象として接点が開く際の過渡コンダクタンス測定を行う．観測には高速のオシロスコープを使用し，バイアス源にはネットワークアナライザからの出力を利用する．バイアス振幅を2Vp-pまで変化させ，ヒストグラムの1G0ピークのバイアス振幅依存性を明らかにする．
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