有機金属気相選択成長法を用いた単電子デバイスの作製とその集積化の研究

有机金属气相选择性生长单电子器件及其集成研究

• 批准号: 00J07121
• 负责人: 中島 史人
• 金额: $ 1.92万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-00J07121/
• 关键词: MOVPE; 選択成長法; 単電子トランジスタ; 単電子回路; 2分決定グラフ; モンテカルロシミュレーション

2分決定グラフ(BDD)は,情報メッセンジャーの伝導経路を分岐スイッチで制御し,最終到達地点を評価することにより論理判定を行うものである。単電子トランジスタ(SET)を4個集積したBDD回路を作製し,各SETにおけるFETのON/OFF特性を利用してBDD論理回路の基本動作を確かめた。さらにSETのクーロンブロッケードを利用した単電子BDD論理回路動作を確認した。MOVPE選択成長にて作製したデバイスは,4つのオーミック端子および6つのゲート端子を有し,ゲート電圧の条件によってAND,NAND,OR,NORの4論理を表現可能である。1.8Kにおいて,4つのSETすべてでクーロン振動およびクーロンギャップが観測でき,これによる分岐スイッチ動作も確認できた。そこで各分岐スイッチが,入力ゲートの信号に対してAND/NAND回路として動作するよう,各コントロールゲート電圧を設定し,2つの入力に振幅35mVの矩形信号を印加した。(X1,X2)=(1,1)に対応する入力電圧のときにAND-terminalを流れる電流が大きくなり,NAND-terminalではその逆の結果となっている。このことはクーロンブロッケードを積極的に利用した単電子AND/NAND論理が実現できていることを示している。さらにモンテカルロ法によるコンピュータシミュレーションを行なった結果,実験結果との良い一致が得られた。単電子モードで動作させた場合,スイッチをする際チャネルを完全に空乏させる必要がないため,FETモードの入力振幅1Vに比較して極めて小さい入力で動作し,消費電力と動作速度で決まる量子極限近傍で動作する超低消費電力回路を実現できる可能性がある。

二元决策图（BDD）通过分支开关控制信息使者的传导路径并评估最终目的地来做出逻辑决策。制作了集成四个单电子晶体管（SET）的BDD电路，并使用每个SET中FET的ON/OFF特性验证了BDD逻辑电路的基本操作。此外，我们还利用SET的库仑封锁证实了单电子BDD逻辑电路的运行。通过MOVPE选择性生长制造的器件具有四个欧姆端子和六个栅极端子，并且根据栅极电压条件可以表达四种逻辑：AND、NAND、OR和NOR。在1.8K时，在所有四个SET中都观察到库仑振荡和库仑间隙，并且也证实了由此引起的分支开关操作。因此，设置每个控制栅极电压，使得每个分支开关相对于输入栅极信号作为AND/NAND电路操作，并且将幅度为35mV的矩形信号施加到两个输入。当输入电压对应于(X1,X2)=(1,1)时，流经AND端子的电流增加，而NAND端子的电流则相反。这表明主动利用库仑封锁的单电子AND/NAND逻辑已经实现。此外，使用蒙特卡罗方法的计算机模拟显示与实验结果非常吻合。当工作在单电子模式时，通道在切换时不需要完全耗尽，因此与 FET 模式下的 1V 输入幅度相比，它以极小的输入幅度工作，并且量子极限由功耗和工作速度决定实现近距离运行的超低功耗电路是可能的。

项目成果

F.Nakajima, Y.Ogasawara, J.Motohisa, T.Fukui: "Two-way current switch using Coulomb blockade in GaAs quantum dots fabricated by selective area metalorganic vapor phase epitaxy"Physica E. Vol.13 No.2-4. 703-707 (2002)

F.Nakajima、Y.Ogasawara、J.Motohisa、T.Fukui：“通过选择性区域金属有机气相外延制造的 GaAs 量子点中使用库仑封锁的双向电流开关”Physica E. Vol.13 No.2-4。

F.Nakajima, Y.Miyoshi, H.Takahashi, J.Motohisa, T.Fukui: "BDD NAND logic circuits using single electron transistors by selective area metalorganic vapor phase epitaxy"Abstracts of 26^ International Conference on the Physics of Semiconductors. H227 (20

F.Nakajima、Y.Miyoshi、H.Takahashi、J.Motohisa、T.Fukui：“通过选择性区域金属有机气相外延使用单电子晶体管的 BDD NAND 逻辑电路”第 26 届国际物理会议摘要

F.Nakajima, Y.Miyoshi, H.Takahashi, J.Motohisa, T.Fukui: "BDD logic operation using single electron transistors"Extended Abstracts of the 21th Electric Materials Symposium. 191-192 (2002)

F.Nakajima、Y.Miyoshi、H.Takahashi、J.Motohisa、T.Fukui：“使用单电子晶体管的 BDD 逻辑运算”第 21 届电气材料研讨会的扩展摘要。