デバイス物理の研究概要
高橋庸夫
先端デバイス研究部携帯情報端末などの高度情報処理技術を支えてきた集積回路技術は、サイズの縮小とそれに伴う集積度の向上で高機能化を為し遂げて来ましたが、サイズの縮小の困難さと集積度の急増による消費電力の増加が危機的な問題となっています。これらの問題を打破し、更なる情報処理技術の発展を目指して、先端デバイス研究部では、ナノメートルのサイズを有し、究極の省電力デバイスである単電子デバイス、またこれを高精度に実現するための微細加工技術と超高精度なプロセス技術、原子配列からなる結晶格子を基本に、ナノメートルサイズの構造を作り上げる技術などの研究を進めました。また、新たなナノスケールの構造体としてカーボンナノチューブなどの新たな材料の研究と、このような新材料、ナノ構造体の評価技術についても、新たな研究を進めました。
Siナノデバイス研究グループでは、Siの単電子デバイスとその動作機構、回路応用、さらにこれを実現するプロセスの研究を行っています。これまでに単電子インバータや加算回路や多値論理回路などを提案し、実際に作製したデバイスでこれらの機能を実証して来ました。これまで単電子トランジスタはオフセットチャージによる不安定性が避けられないと言われてきましたが、今期はSiを材料とするデバイスではこれを払拭できるという結果と同時に、これまで提案してきた動作原理を証明できる結果を示しました。また、電子1個を確実に転送する新構造の単電子ポンプデバイスを実現しました。デバイス作製プロセスの検討では、最も重要なプロセスである熱酸化の原子レベルでの理論解析を行い、反応の機構解明を進め、同時にナノ構造シリコンの酸化後の形状やシミュレーションを可能にしました。
ナノ加工研究グループでは、トップダウンリソグラフィを主体としたナノレベルの加工技術の実現と、ナノ構造評価技術としてのプローブ技術の研究を展開しています。電子ビームリソグラフィーをベースに、レジスト・プロセス技術の改良を行い、超臨界乾燥等を含むナノレベルのパターン形成技術と構造評価を確立し、微細パターン形成を示してきました。今期は、パターン揺らぎを最小に押さえるためのレジスト材料とプロセス手法についての最適化法を進展させ、レジストのパターンエッジの揺らぎ低減を進めました。これと並行してナノ加工技術の粋を集めて単電子デバイスを作製し、高温での動作を示しました。また、ナノプローブ技術として、微細な領域の伝導特性が測定可能な四短針構造の形成に成功しました。
表面構造制御研究グループでは、ボトムアップナノ構造の集積化を目指して、ナノ構造形成と評価技術に関する広範な研究を行っています。Si表面の原子構造制御し、さらにこれを基にして新たに歪みの効果などをも導入することによるナノ構造の自己形成をウエハスケールでの制御、また、微細構造上でのカーボンナノチューブの成長を制御した、ナノチューブによる自己形成配線の実現、並びに、放射光を用いた成長過程のその場観察などを可能にしてきました。今期は、Si表面の原子ステップ形成の理論的検討や、Si上でのGe原子の再配列に関する解明を進めました。カーボンナノチューブに関しては、プラズマCVDによる新しい成長手法を開拓すると共に、その電子状態や欠陥を評価する光学的な手法を確立しました。また、CdSの独特な自己配列ナノ構造の実現や、InPのナノワイヤの形成などを実現しました。
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