研究テーマ一覧 ① 高速動作素子(主にトランジスタ)の作成 ② 量子効果を利用した発光デバイス(レーザー)の作成 ③ 単電子トランジスタの作成 ① 高速動作素子の作成高速動作素子のメリット通常，パソコンや携帯電話などの電子機器の信号処理速度はトランジスタのスイッチング速度によって決定することが多い．従って，スイッチング速度の速いトランジスタができれば，短い時間でたくさんのデータを送受信することができる!! ど～すれば速くなるか？一番簡単な方法は，電流の源となる電子の動きをはやくすればいい!! 材料名電子移動度ガリウム砒素 (GaAs) 8500(cm2/Vs) ゲルマニウム (Ge) 4000(cm2/Vs) シリコン (Si) 1800(cm2/Vs) 即ち，移動度(電子の動きやすさ)の大きい材料でトランジスタを作れば良い!! GaAs の移動度が最も優れている．高速動作素子において，GaAs が世間一般で盛んに使用されている．しかし，通常の集積回路(LSI)では，シリコン(Si)しか使われていません． ※ 高速動作素子は必ずしも集積回路である必要はありません．それは，トランジスタを作るためには絶縁膜が重要となるからです．ゲートソースドレインアルミ(Al) Al 酸化シリコン(SiO2) Al シリコンの酸化物(SiO2)が絶縁膜となるため，Siを基板に使うことで簡単に絶縁膜が得られる!! シリコン(Si) MOSFETの構造図この理由のため，現在のLSI は全て Si で作られています．そこで，本研究室ではシリコン(Si)で高速動作素子を作ることを試みている!! 通常，電子は熱振動するSi 原子に衝突しながら移動しています．電子原子電子の通る道(半導体) を非常に小さくすると電子の衝突する確率は激減．電子の障害がなくなるので，高速に動作します．しかし，この方法には問題点がスイッチをoffにした時，微量の電子が漏れてしまう．電子電子の漏れ(トンネル現象)が発生してしまう．この問題を解決するため，スイッチを２つ入れる．この範囲を超微小サイズにすると量子論的に電子の入り込みに制限を加えられる．現在までの進行状況(2003年11月) 電流 (A) これまでに，3重障壁のトンネルダイオードの作成に成功している．スイッチ1つスイッチ2つトランジスタとチョット構造が違うモノ．電圧 (V) 今後は，トランジスタの作成を試みる．電子の漏れが減少している． ② 量子効果を利用した発光デバイスの作成最近，急速に普及されつつある光ファイバーは石英ガラスで作られています!! しかし，光ファイバーの問題点として，光信号の減衰があります．石英ガラスファイバー光信号光信号は進行するにつれて，石英ガラスに吸収または拡散されてしまい徐々に弱くなってしまう．信号減衰の問題をどう改善するか？損失係数 (dB/km) 石英ファイバーによる光損失係数を見てみると． 0.6 光の波長 1.55μm で最小値をとる!! 0.4 0.2 0 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7 波長 (μm) 光信号の光源には波長1.55μm の遠赤外光レーザーが最適!! 本研究室では，シリコン(Si)と性質が似ているゲルマニウム(Ge)をレーザーに適用 ※ 通常，半導体レーザーはガリウム砒素(GaAs)などのⅢ－Ⅴ族系の材料で作られています． Ge でレーザーを作るメリット Si によって構成されている論理デバイスとの適合が容易．しかし，ゲルマニウム(Ge)は結晶構造上発光しない材料であるそこで本研究では，量子効果によって発光可能な微小Geドット構造を採用!! Geの塊 (3次元) Ge 薄膜 (2次元) Ge ドット (0次元) 微小ドットを構成することにより，量子論的に電子のエネルギー状態が変化し，発光可能な材料となる．ゲルマニウム(Ge)ドットの作成法 Ⅰ シリコン(Si)基板を削って，小さな凹凸を作成する． Ⅱ 凹凸のあるSi 基板を高温で加熱しながらGe を付ける． Ⅲ Ge が微小凹凸まで移動し，微小ドットとなる． Ⅰ 凹凸の作成 Ⅱ Ge の付着 Ⅲ ドットの形成現在までの進行状況(2003年11月) 直径 50nmの微小Geドットの作成に成功している!! Ge ドット今後は，発光の確認を行い，1.55μmで発光する光デバイスの作成を目指す!!