シリコントランジスタのゲート制御による電子正孔系の形成と量子凝縮現象の発現

硅晶体管栅极控制电子空穴系统的形成及量子凝聚现象的表现

• 批准号: 20H02203
• 负责人: 堀 匡寛
• 金额: $ 11.15万
• 依托单位: Shizuoka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H02203/
• 关键词: 電子正孔系; シリコン; MOSFET; ゲート制御; 凝縮現象; 再結合; 励起子; ゲートパルス

半導体中で電子と正孔が共存する電子正孔共存系は，励起子，プラズマ，量子凝縮相などの多様な相を形成し，これまで基礎多体系物理の観点から広く調べられてきた．本研究課題では，量子凝縮相をエレクトロニクスに応用することを念頭に，シリコンにおいて量子凝縮相を観測し，これを電気的に制御することを最終目標としている．これまでに低温下でのシリコントランジスタのゲートパルス制御により，シリコン/シリコン酸化膜界面近傍において電子正孔共存系が形成されていることを確認した．具体的には，負の電圧をゲートに印加して正孔を界面に蓄積させておき(セット)，その後，ゲート電圧を短時間で正方向に切り替えることで(オン)，界面に蓄積した正孔の基板方向への流出を防ぎつつ，ソース/ドレインから電子を流入させて電子正孔共存系を形成する．本年度は，電子正孔再結合電流の精密計測により，電子と正孔の2層がシリコンの励起子ボーア半径程度(数ナノメートル)の距離で近接していることを明らかにした．具体的には，ゲートパルスのベース，および，振幅電圧をパラメータとして再結合電流を計測し，ゲートと正孔間，および，ゲートと電子間の容量をそれぞれ見積もり，容量値から電子正孔2層間の距離を算出した．また，再結合電流の温度の依存性についても調べ，共存系形成の限界温度が20ケルビン程度であることを示した．さらに，再結合電流のベース電圧依存性で観測された再結合電流の付加成分について解析したところ，シリコン/シリコン酸化膜界面の欠陥準位を介した再結合電流であることが明らかとなった．これにより，電子正孔共存系形成後の再結合成分と界面欠陥準位を介した再結合成分の2成分を区別することが可能となった．上記に加えて，量子凝縮相形成のために低温MOS界面評価にも着手した．具体的には，低温下の界面欠陥準位評価や，界面欠陥の高感度検出の手法開発を行った．

The electron and positive hole blue-shift system in semiconductors is the opposite of excitation, polarization, quantum condensation and multiphase formation, which is the fundamental point of multisystem physics. The purpose of this research is to measure the quantum condensation phase and control the electric field. The electron positive hole blue shift system near the interface of the thin film acidified at low temperature is confirmed. Specifically, negative voltage must be applied to the positive hole interface to accumulate and change, and after a short period of time, negative voltage must be applied to the positive direction to change, and interface accumulation must be applied to the positive hole substrate direction to prevent outflow, so that electrons can flow in and form a positive hole blue shift system. This year, the electron positive hole recombination current precision measurement, electron positive hole two layers of the excitation radius degree (number) and distance close to the middle of the light. Specifically, it is necessary to calculate the distance between two layers of positive holes by measuring the current and the amplitude of the voltage. In combination with the temperature dependence of the current, the blue shift system is formed at a threshold temperature of 20 ° C. In addition, the recombination current is dependent on the voltage. The recombination current is dependent on the voltage. The recombination current is dependent on the voltage. The recombination component after the formation of the electron positive hole blue shift system and the interface misalignment are not suitable for the recombination component and the two components are different. Note that quantum condensation phase formation and low temperature MOS interface evaluation should be started. Specific, low temperature interface poor level evaluation, interface poor high sensitivity detection method development.

项目成果

MOS界面の単一欠陥チャージポンピングによって可能となった両性準位における電子捕獲素過程の直接観測 (4) -欠陥構造緩和-

通过MOS界面的单缺陷电荷泵浦，可以直接观察两性能级的电子俘获过程(4) -缺陷结构弛豫-

• 发表时间: 2022
• 作者: 土屋敏章;堀匡寛;小野行徳
• 通讯作者: 小野行徳

シリコンMOSトランジスタにおける電子スピン共鳴下のチャージポンピング（再講演）

硅 MOS 晶体管中电子自旋共振下的电荷泵（重复演示）

• 发表时间: 2020
• 作者: 堀 匡寛;小野 行徳
• 通讯作者: 小野 行徳

Magnetometry of neurons using a superconducting qubit

使用超导量子位对神经元进行磁力测量

• DOI: 10.1038/s42005-023-01133-z
• 发表时间: 2023
• 期刊: Communications Physics
• 影响因子: 5.5
• 作者: Hiraku Toida;Koji Sakai;Tetsuhiko F. Teshima;Masahiro Hori;Kosuke Kakuyanagi;Imran Mahboob;Yukinori Ono & Shiro Saito
• 通讯作者: Yukinori Ono & Shiro Saito

MOS界面の単一欠陥チャージポンピングによって可能となった両性準位における電子捕獲素過程の直接観測（1）-両性準位のDOS-

通过MOS界面的单缺陷电荷泵浦，可以直接观察两性能级的电子俘获过程(1) -两性能级的DOS-

• 发表时间: 2022
• 作者: 土屋敏章;堀匡寛;小野行徳
• 通讯作者: 小野行徳

シリコントランジスタのゲート制御による電子正孔系の形成手法の確立

硅晶体管栅极控制形成电子空穴系统方法的建立

• 发表时间: 2021
• 作者: 久米仁也;堀匡寛;小野行徳
• 通讯作者: 小野行徳