シリコンスピンデバイスの研究

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半導体デバイスは、現在まで主に電子の有する「電荷」という側面に着目して研究・開発がなされてきた。最近、デバイスにおいて制御可能な自由度として「電荷」の他に「スピン」が注目されている。特に、化合物半導体をベースとして電子のスピンを利用したデバイスは多くの研究が行われている。しかしながら、シリコンデバイスにおいてはスピンを利用したデバイスは、非常に限られた報告しかない。本研究は、電子のスピンを利用した今までにないシリコンデバイスを実現し、将来の量子情報処理への応用や新しい強相関エレクトロニクスデバイスの可能性を創出する事を目的としている。上記目的の達成のために本研究では、いくつかのシリコン量子ドット・量子細線結合系を作製し、量子ドットの局在電子と量子細線の遍歴電子の交換相互作用を電界で制御する事により、量子細線の電流変調を実現する。今年度は、SOI基板に電子線リソグラフィー技術とドライ及びウェットエッチング技術により、量子細線とその近傍に量子ドットを1つ及び2つ配置した構造を作製した。エッチング後のドットのサイズと細線の幅は共に、100nm程度である。今年度は電気特性については、量子ドットが1つの場合について主に測定した。低温(4.2K)において、量子ドットに入る電子数は、量子ドットの近傍に配置した1つのゲートにより制御できた。また、量子細線の電子濃度はSOI基板電圧を変化させる事により制御できた。