連結ドットをもつシリコン単電子トランジスタ

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本研究は、薄いSOI基板(埋め込み酸化膜(SiO_2)上に単結晶シリコン(Si)層をもつ構造)を用いて多重Si量子ドット構造を利用した単電子デバイスの実現を目的とする。平成16年度は、特に多重Siドット型単電子デバイスにおける電流スイッチング現象とその光照射効果について以下の成果を得た。(a)電流スイッチング現象2次元多重Siドットチャネル構造を有する電界効果トランジスタを作製しその基本動作を確認したところ、単正孔トンネル特性に対してランダム・テレグラフ・シグナル(RTS)という電流スイッチング現象が観測された。この振る舞いを理解するために、2次元多重ドットチャネルトランジスタに対応する等価回路を構築し、モンテカルロ法により電気伝導特性のシミュレーションを行った。モデルには、電流経路を2重ドット構造と見なし、その近傍に2重サイドドットが存在するような2×2ドット構造を仮定することにより、電流スイッチング現象を定性的に再現できた。この結果より、RTSの出現は2種類の原因が考えられ、それは、(1)正孔が電流経路近傍の2重サイドドットに捕獲・放出することによるものと、(2)二重サイドドットの電荷極性の反転によるものであることがわかった。(b)光誘起電流スイッチング現象トランジスタに分光した可視光を入射し、RTS特性に与える光照射効果を調べた。光照射によりRTS振動頻度の増加が観測された。RTSの生成は光照射の入射波長と照射光量に大きく依存する。光の波長が短いほどRTS頻度が増える。また、光強度を増大させるとRTS頻度が増える。この結果より、RTSの生成は単一フォトンの吸収に対応するものであることが示唆された。