電界移動型量子ドットを用いた室温動作高速・超低消費電力単電子スイッチ素子の研究

室温高速超低功耗场转移量子点单电子开关器件研究

基本信息

批准号：
18656089
负责人：
長谷川英機
金额：
$ 2.3万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

量子デバイスの消費電力は極低温では小さいが、室温では電子エネルギーの熱的広がりによるスイッチ特性のだれにより増大する。本研究では、「量子ドットの空間的位置を電界で制御しトンネル確率を制御する」という原理にもとづく「電界移動型量子ドット単電子分岐スイッチ」について、その原理を確認することと、その効果を妨げる表面準位を低減することを目的として研究を推進し、次の成果を得た(1)3つのショットキ・ラップゲートにより、AlGaAs/GaAs量子細線T型分岐上に、量子ドットと3つのトンネル障壁を形成した「単電子分岐スイッチ」を試作し、その動作を測定した。その結果、低温で通常の単電子トンネル理論よりも急峻なスイッチ特性が得られた。しかしその急峻さは温度の上昇と共に急激に消失した。(2)デバイスの特性を量子ドットを円形近似した単純な解析モデルにもとづき解析して実験特性と比較した結果、ドットの電界移動によるトンネル確率の指数関数的変調が急峻なスイッチ特性を実現することが、確認された。また温度上昇による特性の劣化の主な理由は、低温では凍結している分岐スイッチの表面準位が、室温に近づくほど活性化し、ドットの電界移動を妨げることにあることが判明した。(3)その後の研究の大半は、「シリコン界面制御層(Si ICL)」を用いた代表者らの表面不活性化技術を、種々のファセット面をもつAlGaAs/GaAs量子細線に適用可能とすることに費やされた。その結果、(001)面、(111)B面上でのSi膜のMBE成長機構が解明され,また厚さ1nm以下のSiN超薄膜バッファが、空気中でもSi ICL構造を安定に保護することが見出された。(4)さらに、将来のIII-V族半導体量子デバイスのゲート制御構造として、高誘電率Hf酸化膜をもつSi ICL MISゲートスタックを検討した。その結果フェルミ準位ピンニングが完全に除去され、界面準位密度の最小値として、10^<10>cm^<-2>eV^<-1>台の値を得られた。これは、将来の量子デバイスの研究開発に極めて有望な結果である。

量子设备的功耗在极低的温度下很小，但是在室温下，由于电子能量的热传播而导致的开关特性，它会增加。在这项研究中，我们进行了研究，目的是确认“电场移动量子点单电子分支开关”的原理，基于“控制量子点的空间位置的原理”的原理，并控制隧道概率”，并使用三个Schottky Rap Gates使用三个Schottky Rap Gates，我们在量子brart量/量子brart台上使用了三个量子式tunnal tunnal tunnal tunnel tunnel dunnel dienum dienum dots”， T型分支，并测量该系统的操作。结果，在低温下，获得了比通常的单电子隧道理论更清晰的开关特性。但是，随着温度升高，陡度迅速消失。（2）使用一个简单的分析模型分析了设备特性，在该模型中，量子点被近似为圆形并与实验特性进行了比较，并证实，由于点的电场运动实现了隧道概率的指数调制，因此点了点的概率。还发现，由于温度升高而导致特征变质的主要原因是，在低温下冻结的分支开关的表面状态在接近室温时变得更加活跃，从而阻止了点的电场运动。（3）随后的大多数研究都花在了我们代表的表面灭活技术中使用“硅界面控制层（SI ICL）”，适用于具有各种刻面表面的藻类/GAAS量子线。结果，阐明了（001）和（111）B表面上Si膜的MBE生长机理，还发现，即使在空气中，厚度小于1 nm的SIN ULTRATSAN膜缓冲液也可以稳定地保护Si ICL结构。（4）此外，我们研究了带有高含量固定氧化物氧化物膜的Si icl Mis Gate堆栈，作为未来IIII III-V半导体量子设备的栅极控制结构。结果，Fermi级固定被完全删除，并获得了10^<10> cm^<-2> ev^<-1>单元的最小值。对于未来的量子设备的研究和开发，这是一个非常有希望的结果。

项目成果

期刊论文数量（13）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Future of heterostructure microelectronics and roles of materials research for its progress (invited)

异质结构微电子学的未来以及材料研究对其进展的作用（特邀）

DOI：
发表时间：
2006
期刊：
IEICE Trans. Electron. Vol. E89-C, No. 7
影响因子：
0
作者：
H. Hasegawa;S. Kasai;T. Sato;T. Hashizume
通讯作者：
T. Hashizume

Dynamics and Control of Recombination Process at Semiconductor Surfaces, Interfaces and Nanostructure (invited)

半导体表面、界面和纳米结构复合过程的动力学与控制（特邀）

DOI：
发表时间：
2006
期刊：
Solar Energy Vol.80, No.6
影响因子：
0
作者：
H.Hasegawa;T.Sato;S.Kasai;B.Adamowicz;T.Hashizume
通讯作者：
T.Hashizume

Embedded Nanowire Network Growth and Node Device Fabrication for GaAs-Based High-Density Hexagonal BDD Quantum Circuits

基于 GaAs 的高密度六角 BDD 量子电路的嵌入式纳米线网络增长和节点器件制造

DOI：
发表时间：
2006
期刊：
Japanese Journal of Applied Physics (in press)
影响因子：
0
作者：
T.Tamura;I.Tamai;S.Kasai;T.Sato;H.Hasegawa;T.Hashizume
通讯作者：
T.Hashizume

Properties of a GaAs single electron path switching node device using a single quantum dot for hexagonal BDD quantum circuits

用于六边形 BDD 量子电路的使用单量子点的 GaAs 单电子路径切换节点器件的特性

DOI：
发表时间：
2006
期刊：
Journal of Physics : Conference Series Vol 38, No 1
影响因子：
0
作者：
A.M. Hashim;S. Kasai;K. Iizuka;T. Hashizume;H. Hasegawa;Wan-Cheng Zhang;Tatsuya Nakamura;Rui Jia;Seiya Kasai;Seiya Kasai;Tatsuya Nakamura
通讯作者：
Tatsuya Nakamura

Suppression of Device Interference Effects in GaAs Nanodevices by Surface Passivation using Si Interface Control Layer

使用 Si 界面控制层进行表面钝化抑制 GaAs 纳米器件中的器件干扰效应