#27―ヘテロ・ナノ結晶の創製と量子ナノ構造光・電子機能デバイスRSSTweet2016.09.21電気電子系では、最先端の研究施設と各分野で活躍中の教員の直接指導により、学生でも世界に誇れる研究成果を出し、自分自身で発表することができます。エネルギー」の5つのグループがあります。各教員はいずれかのグループに所属しており、研究室単位での研究が行われています。研究室紹介シリーズでは、ひとつの研究室にスポットを当てて研究テーマや研究成果を紹介。今回は、ナノ構造光・電子機能デバイスを創製する渡辺研究室です。性質が異なる複数の材料を接合したナノメートル厚の二次元積層薄膜、あるいは微結晶を形成する技術を創り出すとともに、その新しく創り出された人工結晶(≡ヘテロ・ナノ結晶)の中で生じる光及び電子の相互作用を支配する量子物性を利用して、高度な情報処理やエネルギー変換の極限機能を引き出す固体デバイス設計論の構築及び原理実証を行います。これらの研究活動を通じて、未来社会を支えるエレクトロニクス・システム構築へ向けたデバイス設計学理の構築と基盤技術の開拓に資するとともに、多様な人々と協力して問題解決を主導するリーダーの育成に貢献します。研究テーマ超高集積・高速メモリ・スイッチングデバイス本研究で提案する人工結晶を用いた共鳴トンネル素子は、異種材料の組み合わせと、ナノサイズの構造に特有の強い量子閉じ込め効果によって、室温においても顕著な電流スイッチング特性を示すことが本研究室よりはじめて見いだされました。この共鳴トンネル構造に、量子井戸への電荷蓄積/放出現象を適切に組み合わせて設計すると、電源を切っても記憶が消えない不揮発型メモリ素子が実現できます。基本要素になると考えています。本研究テーマでは、集積回路に適合する異種材料で構成された共鳴トンネル抵抗変化スイッチング素子を提案・作製し、特性の理論解析及び実験的な特性解明等を通して、未来の集積デバイス実現への基礎的課題を明らかにします。実際に作製した構造の顕微鏡写真シリコン集積サブバンド間遷移レーザ量子井戸中に形成されたエネルギー準位間の光遷移(≡サブバンド間遷移)の原理を利用すると、「光らない」半導体の代表格であるシリコンにおいても発光遷移が期待でき、しかもバンド内の電子・ホールの応答速度は高速であるため、シリコンLSIと集積可能な高速応答レーザを実現できる可能性があります。関する研究を行っています。近年、電流注入と、光導波路を両立できる素子構造を形成する技術の開発に成功したことから、シリコン量子薄膜の電流注入発光特性の解明へと研究の段階は着実に進展しています。量子ドット構造は、量子閉じ込めによる禁制帯幅制御や、フォノン散乱制御など、太陽電池の変換効率を根本的に増大させる可能性のある基本原理を内蔵しています。このミクロな視点に基づく基本原理を、実用的な太陽電池の変換効率向上につなげるためには、材料や結晶構造、ナノ構造の設計などを個別に検討することに加え、変換効率を最大化するためのデバイス構造や形成プロセスを見出す研究が必要とされています。関する研究を行います。シリコン/CaF2量子ドット太陽電池の断面構造図(左:透過電子顕微鏡による観察像、右:構造概略図)教員からのメッセージ渡辺先生より人々の夢や社会の要請が科学技術、中でもエレクトロニクスの力で現実になっていく様を私たちは目の当たりにしてきました。これからが本番です!新らしい機能を設計し、形あるものとして実現することに興味のある方はぜひいらっしゃってください。根本原理から自然現象を理解し、その知識を使って、目的の電子機能を、もろもろの制約条件を克服しつつ、現実の物質を駆使して構成的に組み立てていく方法論は、デバイス工学の醍醐味です。一緒に学び、チャレンジしましょう。電気電子系の全研究室を紹介したパンフレットは広報誌ページでご覧いただけます。東工大の教育に関連するWebサイトの構成です。