二重障壁量子井戸構造のトンネル現象と共鳴トンネルデバイスの基礎研究

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二重障壁量子井戸構造のポンテンシャルがABABA型とABCBA型の二つの構造に対して、トンネル層と井戸層の物質の違いによる電子の有効質量の差と電子の入射方向と垂直方向の両方のエネルギー成分を考慮した場合について、共鳴トンネル現象の解析を行った。トンネル透過係数と共鳴条件に対する解析式を導出し、さらに障壁層を与えたときの所望の共鳴エネルギー値に対応する井戸幅を決定する式も導出した。これは共鳴トンネルデバイスを設計する際に基礎となる重要な式である。これらの結果は投稿予定で現在論文執筆中である。ABABA型の二重障壁構造のデバイス応用として、Si/SiO_2/polySi/SiO_2/metal構造で共鳴トンネル・ダイオードをモデル化して三値論理素子を目的とした電圧-電流特性の計算を行った。SiO_2(酸化シリコン)のポテンシャルが高い特徴を生かして、各エネルギー準位間のエネルギー差が広くとれるという、三値論理素子に望ましい結果を得た。この特性は、多値論理素子としての可能性を示すものであり、現在、さらに詳細に解析を進めている。ここで低い共鳴エネルギー値に対応する電流値が少し小さいという欠点があり、この改善をめざして考察検討中である。さらに、電子トンネル有効質量一定の仮定のもとで、三重障壁、四重障壁構造の共鳴トンネル現象の解析を遂行した結果、透過係数と共鳴条件に対する論理解析式を得た。この解析式は世界で初めて得られたものであり、今後、共鳴トンネル現象の解析に貢献するものと考え、論文として現在投稿中である。以上のように、当初予定した研究目的はほぼ達成されたと考えられるが、今後考察検討を加えてさらに研究を進める予定である。