Transcript 量子結晶フォトニクス研究分野

工学部 電子情報コース・大学院 情報科学研究科 情報エレクトロニクス専攻
集積システム講座
集積電子デバイス学研究室
量子集積エレクトロニクス研究センター 量子一貫プロセス研究分野 (協力分野)
教授
特任教授
事務補助員
博士研究員
学生
：福井 孝志
准教授 ：葛西 誠也
：比留間 健之
客員教授：石橋 幸治 (理化学研究所)
：川勝深雪
：２名
：博士 ２名, 修士 ７名, ４年 ４名
目的は何？
何をしている？
おもしろい？
半導体とナノを鍵として､未来のユビキタス・環境
社会を支える新たな材料・デバイスを創り出す
結晶成長による半導体ナノワイヤを中心としたナノ構
造の創製、物性探索と制御、デバイス回路応用
"ものづくり" で実感できるおもしろさ
自らつくった構造やデバイスが目で見え､機能する
誰も手にしたことがない新技術への挑戦
最小加工寸法
( m)
チップ当りのトランジス
タ数
研究教育のコンセプト
日本科学技術基本計画
戦略重点科学技術(ナノ)
・ライフサイエンス
・情報通信
・環境
・ナノテクノロジー
10-20年後目標
・ナノエレクトロニクス
戦略的基盤の構築
・革新的先端物質・
材料技術
半導体ナノを基礎に１０年先の社会に資する研究と人材育成
研究の概略
創る
調べる
C on d uctan ce (2e
2 /h)
8
quantum wire transistor
(detector)
6
45K
35K
4
25K
2
17K
9K
3.5K
V DS = 0.2 mV
0
半導体ナノワイヤ
-100
0
100
200
V G (mV)
結晶選択成長
電子・光物性評価
半導体量子ナノ構造
応用する
s6
量子細線型
Drain
c
a7
s7
b7
a6
b6
8-bit 加算器
a7
a5
b5
s4
b7
a6
Nanowire
a4
b6
s5
b4
a5
s2
a3
b3
b5
a4
a2
b2
b4
a3
a1
Source
s3
b3
b1
s0
a2
a0
b0
a1
Gat e
b1
terminal-1
a0
b2
s1
hexagonal
nanowire
network
10 µm
b0
デバイス・回路
実験設備：量子集積エレクトロニクス研究センター
集積電子デバイス学研究室の特長
１. 半導体"ナノワイヤ"を中心にした"ものづくり"の研究
２. 最先端のナノテクノロジ研究設備

(量子集積センタのスーパークリーンルーム等)
３. 世界をリードする高水準の研究活動

４.
５.
６.
７.
８.

(論文件数、国際会議での招待講演等多数)
充実した研究体制 (大型研究プロジェクトの推進、研究者招聘)
卒業生の活躍
(大手電気メーカ･研究機関への就職)
国際会議での発表 (外国出張により国際性を養う)
国際的な研究環境 (生きた英語の訓練)
夏ゼミ･ニセコスキー合宿等の研究室恒例行事
(量子集積センタと合同)
卒業生の進路 (平成3年 〜 平成18年)
NTT
ソニー
信越半導体
富士通研究所
NEC
東芝
沖電気工業
シャープ
三菱電機
松下電器産業
静岡大学
北陸先端科技大
3名
4名
1名
1名
1名
4名
1名
1名
1名
1名
1名
1名
松下電子工業
1名
日立製作所
2名
旭化成
1名
オムロン
1名
パイオニア
1名
大日本印刷
2名
トヨタ自動車
2名
中部電力
北海道電力
1名
1名
川崎マイクロ
2名
郵政省
1名
宇宙開発事業団
1名
公務員
1名
結晶成長による半導体ナノ構造の作製
有機金属気相成長法: 化合物半導体材料･デバイスの研究開発･
(MOVPE法)
生産の基本技術, 結晶成長法の１つ
通常の結晶成長
選択成長：所望の位置にのみ成長
選択成長法を用いた半導体ナノワイヤの作製
文科省・特別推進研究「半導体ナノワイヤエレクトロニクスの創成」
作製したナノワイヤ
の電子顕微鏡写真
半導体ナノワイヤのデバイス応用
本研究室の半導体ナノワイヤは、
‣ 極微細高集積トランジスタ
物理学専門誌でも注目されてい
ます
‣ 単電子トランジスタ
‣ 極微細ナノレーザ･LED
‣ バイオケミカルセンサ …様々なナノデバイスの実現
1次元半導体ナノワイヤトランジスタの実現
非晶質マスク
半導体ウェハ
電子ビーム
リソグラフィ
半導体結晶成長
縦方向接合
横方向接合
原料
供給
Drain
Nanowire
Source
Gat e
横型ナノワイヤ
トランジスタ
縦型ナノワイヤ
トランジスタ
単電子トランジスタと集積回路
単電子トランジスタ
ゲート電極
ソース
トンネル障壁
2分決定グラフに基づく
単電子集積回路
ドレイン
量子ドット
量子ドット
量子ドット
ナノワイヤネットワークによる機能デバイス・回路
JST・さきがけ「確率共鳴を利用した新しい情報処理のためのナノデバイスと集積化」
半導体ナノワイヤ
ネットワーク
ネットワーク設計と制御
による機能化
SET
生体の情報処理構造
ネットワーク
WPG
量子ドット
GaAs
ナノワイヤ
量子細線
トランジスタ
500 nm
5 00 nm
GaAs
nanowire
s6
量子細線型
c
a7
s7
b7
a6
b6
8-bit 加算器
a7
a5
b5
s4
b7
a6
a4
b6
s5
b4
WPG
a5
s2
a3
b3
b5
a4
a2
b2
0
1
2
b4
a3
a1
s3
b3
b1
s0
a2
a0
b0
a1
b1
terminal-1
a0
b2
s1
hexagonal
nanowire
network
10 µm
b0
ネットワークを鍵にナノ構造と電子機能を直結
機能化の工夫で今までにない能力の実現
〜感性・直感・創造力
卒業論文テーマの例
‣・半導体結晶選択成長によるナノワイヤ・集積構
造の形成
‣・半導体ナノ構造における電子・光の新物性探索
‣・１次元ナノワイヤトランジスタの試作と評価
‣・ナノワイヤを利用した新機能ナノデバイスおよ
びその集積回路の設計・試作・評価
"ナノ"の世界を自らの手で実現
集積電子デバイス学研究室の見学など
■研究室見学



集合場所：量子集積センター1階 104室（事務室）
連絡先： 事務員 川勝さん
内線7171、E-mail: [email protected]
■ Website




集積電子デバイス学研究室
http://hydrogen.rciqe.hokudai.ac.jp/~kasai/HP/IEDE.html
情報科学研究科ネットジャーナル
http://www.ist.hokudai.ac.jp/journal/index.html
■その他お問合わせは...

福井・葛西へどうぞ
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