SiO2/Si/SiO2量子井戸における谷分離の制御

高品 圭  藤原 聡  平山 祥郎
量子電子物性研究部

 一般的に用いられるMOSFETなどシリコン(100)面をベースにした二次元構造では、伝導電子の分散関係において電子の入れる等価な「谷」が2つ存在し、電子は自由にどちらかの谷を占有する。シリコン薄膜構造では二次元電子系の面内運動、スピンの自由度に加えて、第三の自由度「谷自由度」の利用が期待できる。
 本研究では、SIMOXと呼ばれる代表的なSiO2/Si/SiO2量子井戸構造において、谷状態の振る舞いが通常のMOSFETとは大きく異なることを明らかにした。具体的には、イオン注入で作成した裏側の埋め込み酸化膜界面に電子を近づけると、通常の熱酸化で形成した表側酸化膜界面に近づけたときよりはるかに大きな谷分離が出現した。
 一般的なMOSFETでは界面が1つだけなのに対して、量子井戸構造では上下に2つの界面がある。さらに酸化膜で隔てられたシリコン基板を裏側のゲート(バックゲート)として用いることもできる。2つのゲートをもつこの構造では、電子の波の位置をシリコン薄膜内で上下に移動して、量子状態を制御することができる。この結果は、バックゲートとトップゲートを操作すると谷分離が自由自在に制御できることを示している。[1、2]


[1] T. Ouisse, D.K. Maude, S. Horiguchi, Y. Ono, Y. Takahashi, K. Murase and S. Christoleanu, Physica B, 249-251, 731 (1998)
[2] K. Takashina, A. Fujiwara, S. Horiguchi, Y. Takahashi, Y. Hirayama, Phys. Rev. B, 69, 161304(R), (2004), K. Takashina, Y. Hirayama, A. Fujiwara, S. Horiguchi, Y. Takahashi,
Physica E, Vol 22, 72 (2004)

 

左:谷分離を増やしたときのランダウ準位の様子。
右:強磁場(11T)における縦抵抗。数字は量子ホール状態の占有率を表す。


【前ページ】 【目次へもどる】 【次ページ】