高品 圭 村木康二
量子電子物性研究部
2次元電子系と2次元正孔系が近接して共存する系は励起子の超流動を実現させる可能性を有する系として注目されている[1]。本研究では、厚さ 40 nm のシリコン薄膜の各面近傍に2次元電子系と2次元正孔系を同時に形成し、各2次元系に独立に電極をとり、伝導特性を測定した[2]。
サンプルにはホールバーの形をしたSOI-MOSFET (Silicon-On-Insulator Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor)
［図1(a)］を用いた。フロントゲート(n+ poly Si)、バックゲート（シリコン基板）両方に電圧を印加することによって2次元電子と2次元正孔系を同時にSOI層の各界面に形成させた。各ホールバー端子を2つに分け、p 型領域（B注入）、n 型領域 （P注入）を作ることによって2次元電子と2次元正孔系にそれぞれ独立な電極をとった[3] ［図1(b)］。
低温、磁場中において四端子伝導測定を行うことによって［図1(d)、(e)］、キャリアの2次元性、構造内の実空間的な位置［図1(c)］等を確認した。また、電子と正孔の二層間にバイアス電圧を加え、SOI層内における電界を制御することによってディスオーダの効果や電子の谷分離[4]をさらに制御できることを示した。電子と正孔の間に生じる摩擦（ドラッグ）の測定も可能であることも示した[5]。本研究で実証した構造は、2次元電子−正孔系に関する研究に大きく貢献すると期待される。
[1] Y. E. Lozovik and V. I. Yudson, JETP Lett. 22 (1975) 556.
[2] U. Sivan, P. M. Solomon, and H. Shtrikman, Phys. Rev. Lett. 68 (1992) 1196.
[3] K. Takashina et al., Extended Abstracts of the 2006 International Conference on Solid State Devices and Materials, Yokohama 2006, pp.830-831; K. Takashina et al., Jpn. J. Appl. Phys. 46 (2007) 2596; M. Prunnila et al., Appl. Phys. Lett. 93 (2008) 112113.
[4] K. Takashina et al., Phys. Rev. Lett. 96 (2006) 236801.
[5] K. Takashina et al., Appl. Phys. Lett. 94 (2009) 142104.
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