Superconductivity based on Si MOS structure

基于Si MOS结构的超导

• 批准号: 22K18294
• 负责人: 小野 行徳
• 金额: $ 16.56万
• 依托单位: Shizuoka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2027-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18294/
• 关键词: シリコン; MOSトランジスタ; 超伝導; 平坦バンド

LOCOSプロセスを利用した２次元周期配列構造の形成プロセスの検討を行った。LOCOS形成後のエッチングでエッチング液であるHFの染み込みが大きく、微小なパターンの形成が難しいことが判明した。このため、２段階熱酸化法に手法を変更し、微細パターン形成を再検討した。その結果、問題なく微細構造が形成できることを確認した。２段階熱酸化法により形成された２次元周期凹凸構造を有するMOSトランジスタを作製し、良好なトランジスタ特性が取得できることを確認するとともに、凹凸パターンにより移動度が変化することを見出した。また、Sicon-on-insulator（SOI）基板上に作製した２次元周期穴構造を有するMOSトランジスタを作製し、その移動度の温度依存性を調べた。この結果、低温にて移動度が著しく低下することを見出した。超流動の発現を念頭に、電子・正孔２層系のクーロンドラッグの検討を行った。SOI膜厚の依存性を調べ、通常のフェルミ気体の理論に比して膜厚依存性が弱いことが見いだされた。また、トランジェントなゲート電圧制御による電子・正孔２層系の形成手法に関して検討を行い、電子、正孔密度が制御できること、等を見出した。また、２次元電子系におけるスピン状態を調べるためのEDMR法に関して、その感度向上のための手法を考案し、その基本原理を確認した。さらに、有効質量変化を観測するための磁場印可計測を開始した。通常のMOSトランジスタを用いて、良好なシュブニコフ・ドハース振動が観測可能であることを確認した。

我们使用 LOCOS 过程研究了二维周期性阵列结构的形成过程。发现在形成LOCOS之后的蚀刻过程中，蚀刻溶液HF渗透显着，使得难以形成微小图案。因此，我们将方法改为两步热氧化法，并重新考虑精细图案的形成。结果，证实可以毫无问题地形成精细结构。我们制作了具有通过两步热氧化方法形成的二维周期性凹凸结构的MOS晶体管，确认可以获得良好的晶体管特性，并且发现迁移率根据凹凸图案而变化。我们还在绝缘体上硅 (SOI) 衬底上制作了具有二维周期性孔结构的 MOS 晶体管，并研究了其迁移率的温度依赖性。结果发现，迁移率在低温下显着降低。考虑到超流性的发展，我们研究了电子/空穴双层系统中的库仑阻力。我们研究了对 SOI 膜厚度的依赖性，发现对膜厚度的依赖性比正常费米气体理论弱。我们还研究了一种利用瞬态栅极电压控制形成电子/空穴两层系统的方法，发现电子和空穴密度是可以控制的。我们还设计了一种提高 EDMR 方法研究二维电子系统自旋态灵敏度的方法，并证实了其基本原理。此外，我们已经开始通过施加磁场来观察有效质量的变化进行测量。我们证实，使用普通 MOS 晶体管可以观察到良好的 Shubnikov-DeHaas 振荡。

项目成果

Magnetometry of neurons using a superconducting qubit

使用超导量子位对神经元进行磁力测量

• DOI: 10.1038/s42005-023-01133-z
• 发表时间: 2023
• 期刊: Communications Physics
• 影响因子: 5.5
• 作者: Hiraku Toida;Koji Sakai;Tetsuhiko F. Teshima;Masahiro Hori;Kosuke Kakuyanagi;Imran Mahboob;Yukinori Ono & Shiro Saito
• 通讯作者: Yukinori Ono & Shiro Saito

MOS界面の単一欠陥チャージポンピングによって可能となった両性準位における電子捕獲素過程の直接観測 (4) -欠陥構造緩和-

通过MOS界面的单缺陷电荷泵浦，可以直接观察两性能级的电子俘获过程(4) -缺陷结构弛豫-

• 发表时间: 2022
• 作者: 土屋敏章;堀匡寛;小野行徳
• 通讯作者: 小野行徳

MOS界面の単一欠陥チャージポンピングによって可能となった両性準位における電子捕獲素過程の直接観測 (7) - τDに関する考察 -

MOS界面单缺陷电荷泵浦可直接观察两性能级电子俘获过程(7) - τD讨论 -

• 发表时间: 2023
• 作者: 土屋敏章;堀匡寛;小野行徳
• 通讯作者: 小野行徳

MOS界面の単一欠陥チャージポンピンによって可能となった両性準位における電子捕獲素過程の直接観測 (6) -欠陥構造緩和(Ⅱ)-

通过MOS接口处的单个缺陷电荷泵引脚可以直接观察两性能级的电子捕获过程(6) -缺陷结构弛豫(II)-

• 发表时间: 2023
• 作者: 土屋敏章;堀匡寛;小野行徳
• 通讯作者: 小野行徳

Control of Electronic Charges and Currents in Nano-scaled Silicon

纳米硅中电子电荷和电流的控制

• 发表时间: 2022
• 作者: Yan Qingwei;Alam Fakhr E.;Gao Jingyao;Dai Wen;Tan Xue;Lv Le;Wang Junjie;Zhang Huan;Chen Ding;Nishimura Kazuhito;Wang Liping;Yu Jinhong;Lu Jibao;Sun Rong;Xiang Rong;Maruyama Shigeo;Zhang Hang;Wu Sudong;Jiang Nan;Lin Cheng‐Te;Y. Ono
• 通讯作者: Y. Ono