ErAs/III-V量子ヘテロ構造における電子伝導と負性抵抗デバイスへの応用

ErAs/III-V量子异质结构中的电子传导及其在负阻器件中的应用

• 批准号: 10875067
• 负责人: 田中 雅明
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 1998
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1998 至 1999
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10875067/
• 关键词: 半金属; 半導体ヘテロ構造; 共鳴トンネル効果; ErAs; GaAs; 負性抵抗; 埋め込みヘテロ構造; 共鳴トンネルダイオード; 3端子デバイス; 分子線エピタキシー; テンプレート; III-V半導体; 微分負性抵抗

平成11年度は半導体/半金属/半導体ヘテロ構造における垂直方向電子伝導現象とデバイス応用に関する研究を行った。(1)界面に垂直な方向の電子伝導と共鳴トンネル効果: エピタキシャル成長した半導体/金属/半導体ヘテロ構造は、金属およびAlAsの厚みを数ナノメータ程度にすれば二重障壁に挟まれた金属量子井戸構造となり、金属超薄膜内では量子サイズ効果により離散的な量子準位が形成される。このような金属量子井戸界面に垂直方向に電流を流すと金属中の量子準位を反映した負性抵抗(共鳴トンネル効果) を、明瞭に観測した。特に、GaAs/ErAs/GaAsから成る半金属/半導体埋め込みヘテロ構造において、この現象が顕著に観測され、室温でピーク/バレー比が7を越える微分負性抵抗を観測した。この値はGaAs系共鳴トンネルダイオードのこれまで報告された最高値(5.1)を越える値である。(2)3端子デバイスへの応用: 半導体/半金属/半導体からなる超薄膜ヘテロ構造は、半金属層をベースとする超高速トランジスタに応用できる可能性を秘めている。また、金属量子井戸を用いた共鳴トンネルダイオードを作製し、金属量子井戸部分に電極をつけることによって3端子動作をさせることができる。上記のGaAs/ErAs/GaAsから成る半金属/半導体埋め込みヘテロ構造を用いて、原理的に高速動作することが期待される3端子デバイスを試作し、トランジスタ動作を確認した。

In 2011, he conducted research on vertical electron conduction phenomena and applications in semiconductor/semimetal/semiconductor structures. (1)Electron conduction and resonance in the vertical direction at the interface result in the formation of discrete quantum sites in semiconductor/metal/semiconductor structures, metal/AlAs structures, and metal quantum wells with double barriers. The metal quantum well interface current flow in the vertical direction is reflected in the negative resistance (resonance effect). In particular, GaAs/ErAs/GaAs is a semi-metal/semiconductor substrate with a high temperature differential resistance. This value is reported as the highest value (5.1) for GaAs resonance. (2)3 Terminal application: semiconductor/semimetal/semiconductor ultra-thin film structure, semi-metal layer, ultra-high speed terminal application possibility For example, the metal quantum well is used for resonance, and the metal quantum well is used for electrode selection. The above-mentioned GaAs/ErAs/GaAs semi-metal/semiconductor hybrid structure can be used, and the principle of high-speed operation is expected. We have tried out the 3-terminal device and confirmed the operation of the device.

项目成果

M,Tanaka.K.Abe,K.Tamura,H.Haruyama,T.Nishinaga: "Vertical Transport in Epitaxial Semimetal (ErAs)/Semiconductor(III-V) Quantum Heterostructures"J.Magnetism & Magnetic Materials. 198. 581-583 (1999)

M,Tanaka.K.Abe,K.Tamura,H.Haruyama,T.Nishinaga：“外延半金属（ErAs）/半导体（III-V）量子异质结构中的垂直输运”J.Magnetism

M.Tanaka, M.Koto and T.Nishinaga: "Vertical Transport and Large Negative Differential Resistance of Epitaxial GaAs/ErAs/GaAs Buried Metal Semiconductor Heterostructures"J. Physics E. in press. (2000)

M.Tanaka、M.Koto 和 T.Nishinaga：“外延 GaAs/ErAs/GaAs 埋金属半导体异质结构的垂直输运和大负微分电阻”J。