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ナノ結晶シリコンの室温単電子デバイス

研究報告コード R013000306
掲載日 2003年10月1日
研究者
  • 神谷 利夫
  • Y.T. Tan
  • Z.A.K. Durrani
  • H. Ahmed
研究者所属機関
  • Microelectronics Research Centre, Cavendish Laboratory, University of Cambridge
  • Microelectronics Research Centre, Cavendish Laboratory, University of Cambridge
  • Microelectronics Research Centre, Cavendish Laboratory, University of Cambridge
  • Microelectronics Research Centre, Cavendish Laboratory, University of Cambridge
研究機関
  • Microelectronics Research Centre, Cavendish Laboratory, University of Cambridge
報告名称 ナノ結晶シリコンの室温単電子デバイス
報告概要 室温で動作するナノメーターサイズの単電子トランジスタを作製した。n型単結晶Si基板に150nmの熱酸化膜を成長した上に,厚さ20nmのナノ結晶シリコン薄膜をSiF4:H2:SiH4ガスのプラズマCVDで300℃で堆積した。ラマン分光で求めた結晶体積分率は70%,PH3を用いてドープした薄膜のキャリア濃度は1×1020個/cm3。TEM観察とラマン分光から求めた結晶シリコンは粒径が4-8nmで,非晶質シリコンの中に埋まっている。単電子トランジスタは20nm×20nmのポイントコンタクトと,同じ面内にあるサイドゲートでできている(図1)。ポイントコンタクト部分の断面にはわずか2,3個の粒があり,粒界の非晶質シリコントンネルバリアで隔離された帯電島となっている。このデバイスの単電子効果は60Kまでしかなかった。動作温度は粒径で決まるのではなく(それなら室温動作するに十分小さい),40meVと高いトンネルバリアで制約されている。非晶質シリコンの粒界を750℃で選択酸化し,1000℃でアニールすることでトンネルバリア高さを改善できて170meVと高くなった。単電子電流の振動が300Kまで見られるようになった(図2)。
画像

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研究分野
  • 半導体薄膜
  • 固体デバイス
研究制度
  • 戦略的創造研究推進事業 CRESTタイプ、電子・光子等の機能制御/研究代表者 小田 俊理(東京工業大学量子効果エレクトロニクス研究センター)/科学技術振興事業団
研究報告資料
  • 神谷 利夫,Y.T. Tan,Z.A.K. Durrani,H. Ahmed. Room temperature single-electron devices in nanocrystalline silicon. The Second CREST Symposium on ''Function Evolution of Materials and Devices based on Electron/Photon Related Phenomena'',2001. p.95 - 95.

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