10ナノメートル級半導体量子箱の電子状態の解明とメモリー機能の探索
【研究分野】電子デバイス・機器工学
【研究キーワード】
10nm級InAs量子箱 / 自己形成 / 逆HEMT構造 / メモリー機能 / 光検出器 / 量子ポイントコンタクト / 共鳴トンネル構造 / 容量・電圧分光法 / 自己形成量子箱 / FET / 量子化コンダクタンス / ヒステリシス特性 / InAs量子箱 / 逆HEMT / 電子状態 / クーロン相互作用
【研究成果の概要】
格子定数の整合しない(例えばGaAs)基板上に異種半導体(例えばInAs)を堆積させると、10nm級の量子箱が自己形成する。この量子箱を電子のトラップとして作用させ、電子の有無を1又は0の情報に対応させるメモリーの可能性の探索と10nm級半導体量子箱の電子状態の解明の研究を行った。量子箱をメモリー素子へ応用するために、GaAs/n-AlGaAsヘテロ接合の界面に伝導チャネルを設けた(逆)HEMT(高電子移動度トランジスタ)構造において、チャネルとゲートの間に自己形成InAs量子箱を導入した素子構造を作製した。この素子でゲート電圧を0.9V以上にすると、チャネルの電子が量子箱に流入して捕縛されるため、トランジスタの閾値電圧がΔVだけ正方向にシフトしてメモリー機能を有することを確認した。この特性の解析から、各量子箱に捕縛される電子は一個であることが分かった。その理由は荷電したInAs量子箱はクーロン電界の作用で、二個目の電子の流入を妨げるとともに、仮に二個目の電子が流入してもそのトンネル放出レートが高いために、元の状態に復帰することによる。さらに、電荷の書き込み(流入)と消去(流出)過程について考察し、障壁構造への依存性や光照射による制御の可能性を示した。また、この種のメモリー素子の動作を、量子ポイントコンタクト構造に適用する試みも行った。その結果、コンダクタンスとゲート電圧特性にヒステリシスの現れることを見出した。
10nm級のInAs量子箱をAlGaAs中に埋め込んだ構造で、フォトルミネッセンスおよび容量・電圧分光法によって電子状態の解明を試みた。その結果、電子の量子準位は母体となるAlGaAs中のアルミニウム組成を増すに伴い、約200meVまで上昇する。また、共鳴トンネル電流の磁場依存性から、量子箱中の波動関数についての知見を得た。
【研究代表者】
【研究分担者】 |
野田 武司 | 東京大学 | 先端技術研究センター | 助手 | (Kakenデータベース) |
高橋 琢二 | 東京大学 | 先端技術研究センター | 助教授 | (Kakenデータベース) |
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【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】1997 - 1998
【配分額】9,100千円 (直接経費: 9,100千円)