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量子ドット構造による電子の制御と次世代エレクトロニクスへの応用

使用量子点结构控制电子及其在下一代电子产品中的应用

基本信息

批准号：
12CE2004
负责人：
榊裕之
金额：
$ 1092.42万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for COE Research
财政年份：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

(1)量子ドット関連構造の形成と電子状態の制御に関する研究成果(1-1)InAs系量子ドット:成長条件や被覆層の組成の最適化を進め、光通信に整合した1.5μmでの発光と、狭い蛍光線幅(〜16meV)を持つドットを実現した。また、GaAs層による埋込みをしない表面ドットが電子を蓄積し、電気的に活性であることを見出した。(1-2)GaSb系およびGaN系量子ドットとリング:成長プロセスを工夫すると、GaSbドットの代りに正孔のみを閉じ込める量子リング構造が自己形成できることを示した。また、GaSbドットをSi中に埋め込んだ系で、電子の状態に直接遷移的要素が交じり、強い蛍光の生じることを示した。さらに、GaNドットの形状を調整し、電子正孔の分離度の制御に成功した。(1-3)SiおよびGe系ドット:量子点接触素子内に自然にできるSiドットの形成法を検討し、2nm以下の極微ドットを実現した。Ge系ドットの寸法微細化と高密度化の道を開いた。(2)量子ドットと関連構造の伝導特性と素子応用に関する成果(2-1)Si単正孔トランジスタ(SHT)とInAs単電子トランジスタ(SET):SiMOS点接触構造内に自己形成するドットの微細化を進め、室温で40対1に及ぶクーロン振動と10対1を越す負性抵抗を示すSHTを実現、さらにGaAs表面の自己形成InAsドットを用いた新構造SETを実現、電子準位のシェル構造などを反映する特性を得た。(2-2)ドット埋め込みABリング素子:ABリング構造の一部に量子ドットを埋め込んだ素子を調べ、電子の位相シフトに伴うFano共鳴を反映した伝導とドット内の電子のスピン状態に依存する位相緩和過程を見出した。(2-3)量子ドット・量子細線アレー(列)の伝導特性:蜂の巣状のドット格子で、炭素ナノチューブと同様に電子散乱が抑制できること、量子細線列の伝導では、新規の磁気抵抗振動や電子の多体効果に由来する温度依存性を見出した。(2-4)量子ドットメモリー素子:極薄または極細伝導路の近傍にInAsやSiのドットを配したメモリー素子で、伝導電子と局在電子の相互作用や情報処理応用の特色を解明した。(3)量子ドットと関連構造の光物性と応用素子に関する成果(3-1)量子ドットレーザと単一光子発生素子:自己形成InAs量子ドットを用い、温度安定装置無しでも10Gb/sの直接変調可能なレーザを実現、1.3μm帯での単一光子素子を実現した。GaN系ドットで、より高温での単一光子の発生を実証した。(3-2)量子ドットと関連構造の光学特性の電界効果:GaN系ドットで、ピエゾ電界による電子・正孔の分離が強く効き、双励起子の発光が青方変位すること、自己形成GaSbドットやリングで電子・正孔間の引力とピエゾ電界が協業すること、InAsドットでの多体効果の電圧依存性に伴い電気光学効果が増すことを示した。また、量子構造での光による屈折率制御の特色も示した。(3-3)量子ドットおよび関連構造での中赤外・THz帯光応答:量子ドット内の正孔の数を中赤外光の照射で増減させた高感度の光検出器を実現、バイアス印加の超格子をフェムト秒レーザで励起し、テラヘルツ帯での利得の存在や特色を示した。(4)ナノ探針とマイクロマシンによる局所物性の評価と制御および新規ナノ物質の研究(4-1)マイクロマシンおよびマルチナノ探針:カンチレバーの変形により、埋込んだドットに加わる歪みやフォトニック結晶構造の等価屈折率を変化させ、発光や透過スペクトルの制御に成功した。Siのマイクロマシン技術で複数のナノ探針を作り、液中のDNAの捕捉を可能とした。静電制御カンチレバーと光起電力素子を一体化した素子を開発し、光信号による変形を可能とした。InAsドットとその周辺表面電位に関し、新知見を得た。(4-2)ナノ構造新規物質の物性と機能探索有機分子をチャネルとするFETの形成法に工夫を加え、高い正孔移動度を実現し、さらに感圧素子や感光素子との一体化により、折曲げ可能な光センサや人工触覚(皮膚)機能を達成した。また、銀表面上の水素分子の核スピンの状態の制御や高感度検出を可能とし、量子情報応用のための基礎的知見を得た。鉄シリサイドやマンガン酸化物材料のナノ構造も形成し、物性上の特色を明らかにした。

(1) Research results on the formation and electronic state control of quantum dot-related structures (1-1) InAs-based quantum dot: growth conditions and coating layer Optimization of the composition, integration of optical communications, 1.5μm light, and narrow light amplitude (~16meV) are achieved. The surface of the GaAs layer is buried and the electrons are stored and the electrons are activated and the electrons are activated. (1-2) GaSb-based GaN-based quantum dots: growth technology, G aSbドットのdaiりに正 holeのみをclosureじ込めるquantumリングstructuralが itself formedできることをshowsした.また、GaSb ドットをSi中にburyめ込んだsystemで、elements of direct transfer of electronic state が口じり、strongい蛍光の生じることをshowした.さらに、GaN ドットのshape adjustmentし、electron positive hole separation and controlにsuccessful. (1-3) Si Teter Ge system: Quantum point contact element in the natural Si Teter formation method, extremely micro Teeth below 2nm. The Ge system is an open source for micronization and high density based on the inch-by-inch method. (2) Quantum tube related structure's conductive characteristics and the results of the element's application (2-1) Si's direct hole tube (SH) T) InAssociated Electronics Technology (SET): SiMOS point contact structure is self-formed and miniaturized.め, room temperature で40対1に and ぶクーロン oscillation と10対1をcross すnegative resistance をshow すSHT を実appear, さらにGaAs surface The self-formed InAs ドットを uses the いた new structure SET を実appear, and the electron level のシェル structure などを reflects the するcharacteristics を得た. (2-2) ドットbury め込みABリングsomatsu:ABリングstructuralの一一にquantumドットをburyめ込んだprimeをtoneべ、electronのPhase シフトに companion うFano resonance をreflect した伝guidance とドット内のelectronic のスピンstate にdependence するphase relaxation process を见出した. (2-3) Quantum ドット・Quantum thin wire アレー(column) conductivity characteristics: honeycomb-shaped lattice, carbon ナノチューブとsame-shaped electron scattering The suppression of chaos, the guidance of quantum thin lines, the origin of the multi-body effect of new rules, the magnetic resistance of vibration, and the temperature dependence of temperature. (2-4) Quantum ドットメモリーprime: extremely thin, extremely thin, guiding the path, close to the InAsやSiのドットをAssociated with したメモリーMotoko, 伝 Conducting Electronics Bureau's special features of electronic interaction and information processing 応の明した. (3) Quantum photon-related structural properties and photon photon generation results (3-1) Quantum photon photon generation: forming InAs by itself Quantum technology is available, and temperature stabilization device-free direct adjustment of 10Gb/s is possible, and 1.3μm single photon element is now possible. GaN is based on high-temperature and high-temperature photons. (3-2) Optical properties and electrical effects of quantum dot-related structures: GaN-based dots and dotsゾ电界によるelectron・positive holeのseparationがstrongくeffectiveき、Double excitation screwdriverの発光が青方変 Bitすること、自GaSb technology has been formed. InAs a multi-body effect, the electric pressure dependence of the multi-body effect and the electric pressure optical effect of the multi-body effect are increased.また、Quantum structure での光によるRefractive index control の Show した. (3-3) Quantum ドットおよびRelated structureでの中IR・THz帯光応Answer: Quantum ドットの正 holeのnumberを中IR irradiationでincrease minusさせたHigh-sensitivity light emitting device を実appear, バイアスInca's super grid をフェムトsecondレーザで力起し, テラヘルツ帯での利得のexistent and characteristic をshows した. (4) Novel Probe Novel Testing System Physical Properties Review and Control System New Research on regular substances (4-1) Marigold probe: カンチレバーの変shaped により, bury込んだドットに加わる狿やフォトニック crystal The isotropic refractive index of the structure has been changed, and the light has been successfully controlled through the light transmission system. Si's novel technology makes it possible to capture and capture DNA in liquid. The electrostatic control system is a light-generated electric element that is integrated, and the light signal is transformed into a possible one. InAssociated surface potential of the surrounding area is closed, and new knowledge is obtained. (4-2) Exploration of the physical properties and functions of new structural materials and the formation method of organic molecules and FETs using high-tech and positive hole movement The degree of accuracy is achieved, the pressure-sensitive element and the photosensitive element are integrated, and the bending is possible and the artificial touch (skin) function is achieved. It is possible to control the nuclear state of hydrogen molecules on the silver surface with high sensitivity, and to realize the basic knowledge of quantum information utilization. The structure and physical properties of the iron and steel compound material are clear and unique.