研究課題一覧（２期生）　－革新的次世代デバイスを目指す材料とプロセス

2008年度採択

極性ワイドギャップ半導体フォトニックナノ構造の新規光機能

片山　竜二
（東北大学金属材料研究所准教授）

ＧａＮやＺｎＯ、ＣｕＣｌといった極性ワイドギャップ半導体は、非線形光学定数が大きく、励起子が安定に存在し、かつ磁性元素添加により室温強磁性を示すことが知られていますが、これら高次光物性を利用した素子応用研究は少ない状況です。本研究では、これらを用いたフォトニックナノ構造を作製することで物質と光の相互作用を増強し、波長変換素子やポラリトンレーザ、光アイソレータなど光機能素子を創出することを目指します。

ナノ構造制御した光生成磁束量子デバイスの創製

川山　巌
（大阪大学レーザーエネルギー学研究センター助教）

高温超伝導体におけるナノオーダーの微細加工技術を確立し、単一磁束量子デバイスの高集積化および高速化を実現すると同時に、超短パルスレーザー光による磁束生成技術を利用した高速・高機能光インターフェイスを実装します。超伝導デバイス技術を土台として、ナノテクノロジーとテラヘルツ技術を融合することにより、テラヘルツ領域で動作可能な“光生成磁束量子ナノデバイス”の実現を目指します。

オンチップ光配線用窒化物基板の創製とシステム熱設計支援

寒川　義裕
（九州大学応用力学研究所准教授）

高集積化／電気配線数の増大に伴うスーパーコンピュータの消費電力（発熱）増加に歯止めを掛け、また配線遅延の解消を図るために、高放熱AlN基板上に作製されたAlGaN光伝送部を含む次々世代光伝送用基板を作製することが本研究の目的です。本光伝送部はSi系LSIとの貼り合わせによりシステムの完成を目指します。この目的達成に向け、高放熱AlN基板の創製、システムの熱設計支援を行います。

サーモエレクトロニクスを指向した基礎材料の開発

小林　航
（筑波大学大学院数理物質科学研究科助教）

固体の熱電磁現象（ゼーベック効果，ペルチェ効果，ネルンスト効果，エッチングハウゼン効果，トムソン効果，リギレデュ効果）を通して相関する電荷と熱を自在に制御することで、熱エネルギーの一部を仕事に変えたり、デバイス内の微小領域の温度を制御できるサーモエレクトロニクスを提案します。その実現のために酸化物熱整流器の試作をはじめ、基礎材料・素子の開発を行います。

ワイドギャップ酸化物における界面機能開発

須崎　友文
（東京工業大学応用セラミックス研究所准教授）

イオン結合性物質がナノスケールにおいて持つ電気的不安定性を電気的分極の積み重ねという概念でデザインし、ワイドギャップ酸化物を素材として、バルクとは正反対の性質である導電性を局所的に引き出します。これらの酸化物のバルク物性が、電気的・磁気的に極めて不活性であり、電子デバイスの筐体材料としてすぐれた特性を持つことに着目し、絶縁体材料だけから成る新しいトランジスタを開発します。

光配線LSI実現に向けたGeナノ光電子集積回路の開発

竹中　充
（東京大学大学院工学系研究科電気系工学専攻准教授）

本研究は、Si基板上にGeトランジスタとGe光検出器を集積化することで超高性能の光配線LSIの実現を目指すもので、LSIのスケーリングが限界を迎えた後においても、トランジスタの性能向上やLSIの配線遅延の改善が可能となります。本研究により、現在のスーパーコンピュータをワンチップ化した超高性能LSIや高度な光信号処理が可能な光ルーターチップなどを実現するための基盤技術を確立することができます。

量子ドットを用いた単電荷・スピン・光機能融合デバイス

中岡　俊裕
（上智大学理工学部・機能創造理工学科准教授）

本研究では、半導体ナノ構造技術、特に量子ドット技術を基盤として、「単電荷」、「スピン」、「光子」といったポストCMOS 時代の情報の担い手となるであろう３つの物理量の融合素子の開発に取り組みます。原理的に超低消費電力デバイスである単電子トランジスタを基盤に、光‐電子変換動作、スピン間相互作用を組み込むことで新機能を実現する素子を提案、原理動作の実証を目指します。

Si系半導体ナノ構造を基礎とした単一電子スピントランジスタの開発

浜屋　宏平
（九州大学大学院システム情報科学研究院准教授）

本研究では、シリコンLSI技術におけるスケーリング則の限界という課題を克服するために、電子のスピンを積極的に活用した動作原理に基づく半導体デバイスの開発を行います。実験的に考案した究極の低消費電力スピントロニクスデバイス『単一電子スピントランジスタ』を、既存のシリコンテクノロジーと整合した素子構造へと発展させ、高性能化および新機能の創出を目指します。

ワイドギャップ強磁性半導体デバイス

福村　知昭
（東京大学理学系研究科准教授）

光触媒性や透明導電性を持つ酸化物半導体である二酸化チタンに少量のコバルトをドーピングすると室温強磁性が発現します。このコバルトをドープした二酸化チタンの中にある電子の電荷とスピンを電気や光を用いて制御し、強磁性のスイッチングなどスピントロニクスのデバイス実証を試みます。さらに、将来のエレクトロニクスに役立つと期待される半導体スピントロニクスデバイスが室温で身近に使えるようになることを目指します。

ワイドギャップ半導体中の単一常磁性発光中心による量子情報素子

水落　憲和
（大阪大学基礎工学科准教授）

量子通信・量子コンピューティングのためには量子もつれ状態（エンタングル状態）を生成できる多くの量子ビットを持った素子を実現し、量子情報処理を安定的に精度良く行う必要があります。本研究ではダイヤモンドや他のワイドギャップ材料中の単一常磁性発光中心を研究し、それらの特性を生かして、数量子ビットによる量子もつれ状態を用いた演算・記録及び単一光子発生を行える素子の実現を目指します。