電界制御と量子効果による新しい原理を用いた金属/絶縁体多機能デバイスの研究

基于电场控制和量子效应的新原理金属/绝缘体多功能器件研究

基本信息

批准号：
08875071
负责人：
浅田雅洋
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
1996
资助国家：
日本
起止时间：
1996 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、金属/絶縁体/シリコンヘテロ接合の量子効果と電界制御を取り入れた新しい原理による、高密度集積可能な多機能デバイスを実現することを目的とし、金属(コバルトシリサイド)/絶縁体(弗化物)/シリコンからなる極薄膜ヘテロ構造の結晶成長と、この構造を用いた電界制御型量子効果デバイスの提案と理論解析を行い、以下の成果を得た。平面構造の電界制御型量子効果デバイスの基本構造として、シリコン基板上のCoSi_2/Si/CdF_2/CaF_2ヘテロ構造による電界制御型トンネルトランジスタを提案した。この素子は短チャネルの極微細デバイスであるとともに、結合導波路型を用いる電界効果型量子効果デバイスなどの多機能デバイスへの拡張が可能であり、高密度・高機能集積回路素子として適している。動作特性の理論解析により、このトランジスタが極短チャネルにおいても通常のMOSFETと同様の飽和型の電流電圧特性となること、および高速動作の可能性があることを示した。また、電子波の結合導波型量子効果素子へ拡張した場合、多機能動作の基本となる大きな多重微分負性抵抗特性が室温で得られることを解析により示した。また、このデバイス実現のために必要な層構造として、これまでに報告例のないSi/CdF_2ヘテロ接合の結晶成長をCaF_2/Si(基板)上に行い、種々の成長温度、成長層厚の実験結果から、成長過程を検討することにより、このヘテロ接合系の結晶成長法として成長初期の数原子層までの成長時に基板温度を低くし、それに続く成長では高温にする2段階成長法を用いれば、平坦で結晶性の良好なCdF_2層が形成できることを示し、トンネルトランジスタ実現に必要なCoSi_2/Si/CdF_2/CaF_2ヘテロ構造の成長条件を把握した。

这项研究的目的是利用结合了金属/绝缘体/硅异质结的量子效应和电场控制的新原理来实现可高密度集成的多功能器件。我们进行了由氟化物组成的超薄膜异质结构的晶体生长。 /硅，提出并理论分析了采用该结构的电场控制量子效应器件，得到了以下结果。我们提出了一种基于硅衬底上CoSi_2/Si/CdF_2/CaF_2异质结构的电场控制隧道晶体管作为平面电场控制量子效应器件的基本结构。该器件是一种短沟道超细器件，可以扩展到使用耦合波导的场效应量子效应器件等多功能器件，使其适合作为高密度、高性能集成电路器件。工作特性的理论分析表明，即使在极短的沟道中，该晶体管也具有与普通MOSFET相同的饱和电流-电压特性，并且具有高速工作的潜力。此外，我们通过分析表明，当扩展到电子波耦合波导型量子效应器件时，可以在室温下获得大倍微分负电阻特性，这是多功能操作的基础。此外，作为实现该器件所需的层结构，我们在CaF_2/Si（基板）上进行了以前从未报道过的Si/CdF_2异质结的晶体生长，并进行了各种生长温度和生长层厚度的实验。从结果来看，通过考察生长过程，我们发现这种异质结晶体生长方法通过使用两步生长方法，在生长过程中降低衬底温度直至几个原子层，然后在后续生长过程中升高到更高的温度，可以形成平坦且结晶良好的CdF_2层，这是必要的了解了CoSi_2/Si/CdF_2/CaF_2异质结构的生长条件。