少数電荷分布イメージングの開発

少数电荷分布成像的发展

基本信息

批准号：
22654036
负责人：
河野行雄
金额：
$ 1.86万
依托单位：
The Institute of Physical and Chemical Research
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

半導体微細化による電子デバイス性能向上の限界が近づいている現在、新しい材料によるデバイス開発が要求されている。ところが、これらのデバイスでは電極との接合や欠陥の影響がマクロな電気特性に影響を与える課題が指摘されているものの、そこでの電荷分布を高感度・高空間分解能で評価する装置がないという問題に直面している。本研究の目的は、単電子トランジスタや量子ポイントコンタクト素子が潜在的に持つ超高感度性と原子間力顕微鏡カンチレバーの高空間分解能を同時に利用した、新しい電荷分布イメージング用センサを開発することである。この開発は、現在まだ研究段階に止まっている有機半導体、カーボンナノチューブ、グラフェンなど新規材料による電子デバイス実用化の実現に向けた強力な計測装置になると期待できる。本年度は、金属コートカンチレバーと単電子トランジスタのゲート電極を結合させたシステムを開発した。被測定試料に交流電流を流した状態で、単電子トランジスタのソースードレイン電流を測定したところ、試料の電流に同期した周波数で、応答電流が観測された。これは、カンチレバー真下における試料の電荷状態を単電子トランジスタで読み取っていることを意味する。さらに、試料にわずかな直流電流を流した状態で同様の測定を行ったところ、単電子トランジスタからスパイク状のスイッチング電流が観測された。これは、試料中の少数個の電荷を検出していることを示している。

当我们接近通过半导体小型化提高电子设备性能的极限时，需要开发使用新材料的设备。然而，虽然已经指出这些器件存在与电极的接合效果和缺陷影响宏观电特性的问题，但存在没有能够以高灵敏度评估这些器件中的电荷分布的设备的问题和高空间分辨率。这项研究的目的是开发一种用于电荷分布成像的新型传感器，该传感器同时利用单电子晶体管和量子点接触器件的潜在超高灵敏度以及原子力显微镜悬臂梁的高空间分辨率。这一进展有望成为使用有机半导体、碳纳米管和石墨烯等目前仍处于研究阶段的新材料实现实用电子器件的强大测量装置。今年，我们开发了一种将金属涂层悬臂梁和单电子晶体管的栅极结合在一起的系统。当用流过样品的交流电流测量单电子晶体管的源极-漏极电流时，在与样品电流同步的频率下观察到响应电流。这意味着悬臂正下方的样品的电荷状态由单个电子晶体管读取。此外，当用少量直流电流流过样品进行类似测量时，从单电子晶体管观察到尖峰状开关电流。这表明检测到样品中的少量电荷。