シングルイオン注入法を用いたシングルドーパントデバイス創製に関する研究

单离子注入法制作单掺杂器件的研究

• 批准号: 11J05780
• 负责人: 堀 匡寛
• 金额: $ 0.83万
• 依托单位: University of Toyama (2012)Waseda University (2011)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2012
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J05780/
• 关键词: 単一ドーパント制御; シングルイオン注入; シリコン半導体; ナノデバイス; ナノエレクトロニクス; 物性制御; シングルドーパントデバイス; 不純物原子; 半導体; シリコン; シングルイオン注入法; 不純物揺らぎ; 単一不純物原子

トランジスタ中の1個もしくは、少数個の不純物(ドーパント)原子を電子輸送の基軸として利用する新原理デバイス(シングルドーパントデバイス)を創製するために、本年度は、デバイスの作製とその基本動作の理解を目的とした。Silicon-on-insulator(SOI)ウェハ上に作製したトランジスタのチャネル領域に、シングルイオン注入法を用いてヒ素(As)原子の位置と個数を制御して注入した。チャネル長方向に沿って、ヒ素原子を2個、4個、6個といったように、チャネル中に少数のドーパント原子を含むトランジスタを試作した。そして、その電流電圧特性を4,2Kの低温下で評価した。2個のヒ素原子を有するデバイスでは、しきい値電圧以下において局所的な電流ピークが観察された。これは、クーロンブロッケイドとトンネリングに由来する特性であり、電子がドナー準位を介して量子輸送されたことを示している。また、その電流ピークの数は、注入イオン個数と一致しており、シングルイオン注入法の高い個数制御性を裏付けた。6個のヒ素原子を有するデバイスでは、広がりを持つ電流ピークが観察された。これは、隣接したドナー原子の波動関数の重なりを考慮したHubbardモデルでよく説明できる。4個のヒ素原子を有するデバイスでは、温度の変化に依存して局所的なピークと非局所的なピークの両方が観測された。以上のように、注入イオンの個数を制御してドナー原子の離散的状態から連続的状態を実現し、それぞれの電子輸送特性を明らかにした。また、それぞれのデバイスにおいて、イオン注入前では上述のような電流ピーク特性が観測されなかったことから、得られた電流ピーク特性は注入されたヒ素イオンのドナー準位を介した電子輸送であることを実験的に裏付けた。これらの結果は、ヒ素原子の位置と個数がシングルドーパントデバイスの電子輸送特性を決定する重要な要素であることを示しており、新原理デバイス開発のための設計指針として貢献する。

One of the most important aspects of electron transport is the use of new principles for the creation of electron transport mechanisms for a small number of impurities. This year, we aim to understand the basic operation of electron transport mechanisms. Silicon-on-insulator(SOI) is used to control the position and number of As atoms. 2, 4, 6 atoms in the long direction of the ring, and a few atoms in the long direction of the ring The current voltage characteristics of the system are evaluated at low temperatures of 4,2K. Two of the elements have a current below the voltage. The characteristics of quantum transport are shown in this paper. The number of injection points is consistent with the number of injection points, and the number of injection points is highly controlled. The six atoms of the element are separated into two groups. This is a Hubbard description of the importance of atomic ratios. The four elements of the atom have a different temperature and a different temperature. The number of injected electrons is controlled, and the discrete states of atoms are realized. The electron transport characteristics of the injected electrons are clearly defined. Before the injection, the electric current was measured and the electric current was injected. As a result, the number of atoms in the molecule determines the electron transport characteristics of the molecule.

项目成果

単一イオン注入法を用いたヒ素(As)イオンの位置と個数を制御したトランジスタの低温伝導特性評価

使用单离子注入方法控制砷（As）离子的位置和数量来评估晶体管的低温导通特性

• 发表时间: 2012
• 作者: 堀匡寛;E.Prati;F.Guagliarldo;小野行徳;小松原彰;熊谷国憲;谷井孝至;遠藤哲郎;大泊巌;品田賢宏
• 通讯作者: 品田賢宏

シングルイオン注入法を用いた単一ドーパント原子を有するトランジスタの作製と低温伝導特性評価

使用单离子注入制造单掺杂原子晶体管并评估低温导电性能

• 发表时间: 2012
• 作者: 堀 匡寛;Enrico Prati;熊谷国憲;Filippo Guagliardo;Giorgio Ferrari;谷井孝至;小野行徳;品田賢宏
• 通讯作者: 品田賢宏

単一イオン注入法による位置と個数を制御したデバイスの低温伝導特性評価

单离子注入法评估位置和数量受控器件的低温导电特性

• 发表时间: 2011
• 作者: 堀匡寛;E.Prati;F.Guagliarldo;小野行徳;小松原彰;熊谷国憲;谷井孝至;遠藤哲郎;大泊巌;品田賢宏
• 通讯作者: 品田賢宏

Impact of a few dopant positions controlled by single-ion implantation on transconductance of FETs

单离子注入控制的几种掺杂位置对 FET 跨导的影响

• 发表时间: 2011
• 作者: T.T.Dao;H.Sakai;T.Matsushima;H.Murata;陳海立・牧紀男・林春男;大島拓;M.Hori
• 通讯作者: M.Hori

Deterministicドープシリコンテバイスと量子輸送現象

确定性掺杂硅器件和量子输运现象

• 发表时间: 2012
• 作者: 品田賢宏;堀匡寛;F.Guagliardo;G.Ferrari;小野行徳;熊谷国憲;谷井孝至;E.Prati
• 通讯作者: E.Prati