マルチゲート構造を持つ超伝導電界効果トランジスタの研究

多栅极结构超导场效应晶体管的研究

基本信息

批准号：
21K04145
负责人：
立木実
金额：
$ 2.66万
依托单位：
National Institute for Materials Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

ボロンドープダイヤモンド超伝導層/二次元正孔ガス(2DHG)層/ボロンドープダイヤモンド超伝導層からなるダイヤモンド電界効果トランジスタ(FET)を作製し、超伝導層から水素終端ダイヤモンド-原子層堆積(ALD)Al2O3界面に発生する2DHGへの近接効果によって超伝導電流を誘起する超伝導FET実現を目指した。その結果1.6 Kの極低温環境下でのドレイン電流変調を実証した。(関連する国内学会発表2件、国際会議発表2件)。今後、よりチャネル長の微細化を目指すとともに、2DHGチャネル中の不純物などによる散乱を抑制することで移動度の向上、コヒーレンス長の改善をはかり、超伝導動作を目指す。キャリア濃度を減少させる観点からPLD法によるBi2201膜をバッファとしたBi2212極膜層の形成を行い超伝導特性を確認した。超伝導トランジスタの動作理解に必要な磁束量子の駆動状態を観測するために、磁気光学薄膜センサの独自開発を行い、単一磁束量子レベルの運動をリアルタイムに観察できる磁気光学顕微鏡システムの開発に成功するとともに、ニオブ材料の単一磁束量子および磁束量子クラスター形成のその場観察に成功した。これに付随して、磁束量子間の相互作用を微視的理論により広く記述できる理論モデルに基づいて、磁束量子の分子動力学法による数値シミュレーション法を開発し、単独磁束量子の運動および磁束量子クラスター形成のシミュレーションを行い、磁気光学顕微鏡による実験結果との比較を行った。(関連する国内学会発表2件、国際会議発表1件)

制备了由硼掺杂金刚石超导层/二维空穴气（2DHG）层/硼掺杂金刚石超导层组成的金刚石场效应晶体管（FET），并采用氢封端金刚石原子层沉积（ALD）技术我们的目标是实现一种超导 FET，通过 Al2O3 界面处产生的 2DHG 邻近效应来感应超导电流。因此，我们在 1.6 K 的低温环境下演示了漏极电流调制。（相关国内会议报告2篇，国际会议报告2篇）。未来，我们的目标是进一步缩小沟道长度，通过抑制2DHG沟道中杂质引起的散射来提高迁移率和相干长度，并以超导操作为目标。从降低载流子浓度的观点出发，利用PLD法以Bi2201膜为缓冲层形成Bi2212极性膜层，并确认了超导特性。为了观察理解超导晶体管工作所必需的磁通量子的驱动状态，我们自主研发了磁光薄膜传感器，并成功开发了可以观察超导晶体管运动的磁光显微镜系统。同时，我们成功地对铌材料中的单磁通量量子和磁通量簇形成进行了原位观测。与此同时，我们开发了一种基于磁通量子分子动力学方法的数值模拟方法，该方法基于可以使用微观理论广泛描述磁通量子之间相互作用的理论模型，并且我们对团簇形成进行了模拟，并将其与使用磁光显微镜的实验结果。（相关国内会议报告2篇，国际会议报告1篇）