シリコンナノ構造中の物理現象を利用した新機能素子の開発

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本研究では、将来の超低消費電力・超高集積回路の重要な基本要素となることが予想されるシリコン単電子トランジスタ(SET)に関する研究を主要課題としているが、最終年度の研究目的として「室温動作シリコンSETを用い集積回路の実現」を掲げていた。今年度得られた主な成果は次の2つである。1.単正孔トランジスタの負性微分コンダクタンスを用いたスタティックメモリの室温実証本研究では昨年度までに、室温で巨大なクーロンブロッケード振動を示す単正孔トランジスタ(SHT)の作製に成功し、作製した室温動作SHTにおいて、ドット中の巨大な量子準位間隔に起因する負性微分コンダクタンス(NDC)を室温で明瞭に観測した。今年度はその観測したNDCを用いたSHTスタティックメモリ回路を提案した。1チップ上に作製したSHTとp型MOSFETを直列に接続し、SHTのNDCに起因するヒステリシス特性、すなわちメモリ動作を室温で実証した。2.集積単正孔トランジスタ回路を用いたアナログパターンマッチングの提案及び室温動作実証これまでのディジタル論理回路の枠組みを超えたSHTの新しい応用として、アナログパターンマッチング回路を提案した。SHTが示すベル型形状のクーロン振動を用いると、2つのデータ間の距離の計算をたった1つのSHTで実現することができ、極めてコンパクトなパターンマッチング回路の実装が可能である。実際に1チップ上に作製した3つの室温動作SHTを用い、それぞれのSHTのクーロン振動ピーク位置・電流を適切に制御することで、3成分ベクトル間の距離計算(パターンマッチングの基本動作)を実証した。