構成

助教授

伊藤公平

特別研究教授

植松真司

訪問研究員

関口武治、Oussama Moutanabbir

大学院

清水康雄（D1）、相良暁彦（M2）、宮本　聡（M2）、毛利友隆（M2）、乙部恵美（M1）､志連陽平（M1）、林　宏（M1）、森下弘樹（M1）

学部

板橋辰昌（B4）、伊庭野健造（B4）、河村踊子（B4）、東條眞一（B4）、吉沢　慧（B4）

概要

今年度は，従来からの半導体同位体工学研究，量子コンピュータ研究に加え，半導体先端テクノロジーズ(Selete)との共同で新プロジェクト「半導体ナノCMOSプロセスシミュレータの開発」を開始しました．この新プロジェクトの実施にあたり，植松真司博士を特別研究教授としてお迎えしました．以下に新プロジェクトの概要を紹介します．

半導体ナノCMOSプロセスシミュレータの開発

加工サイズの微小化が急激に進むシリコン半導体の新しいチップ開発には，工場やR&D部門における経験と試行錯誤のみに頼るのは効率的ではない．そこで利用されるのが，目標とする回路の製造工程をコンピュータ上で開発するプロセスシミュレータと，その結果として得られる素子特性を予想するデバイスシミュレータで，最近では両者を一体化したTechnology Computer Aided Design (TCAD)の信頼性と計算速度向上が新規チップ開発の経費削減と期間短縮，すなわち半導体企業の競争力強化の切り札とされている．しかし，素子サイズがナノ領域に突入した現在，TCAD開発においてもこれまでのマイクロチップ時代の経験則が通用せず，その原因は，シミュレーションに必要なナノ領域特有（多くの場合は非熱平衡）の化学反応や拡散に関する基礎物性値・変数値がほとんどわかっていないためだと明らかになった．本研究開発では，同位体シリコンナノ構造という大学発の顕在化シーズを利用して次世代TCAD開発に不可欠なナノ領域特有の物性値を取得し，その結果をリアルタイムでTCAD開発に取り込むことによって，5年後には半導体開発に要する期間・費用の50%以上削減する信頼性と高速性を有するTCADのプロトタイプ作成を目指す．

学位論文

修士論文

・ 相良暁彦：シリコン同位体効果の評価に向けた超高分解能フォトルミネッセンス測定系の構築
・ 宮本　聡：Si基板上のGeナノ構造形成における原子拡散に関する研究
・ 毛利友隆：歪みGe・SiGe擬似基板構造の移動度スペクトル解析

学士論文

・ 板橋辰昌：シリコン中の酸素/空孔欠陥を用いた29Siの動的核スピン偏極の研究
・ 伊庭野健造：シリコン熱酸化過程におけるシリコン拡散
・ 河村踊子：シリコン基板上への金クラスターの形成および制御に向けた研究
・ 東條眞一：シリコン中ボロンスピン共鳴スペクトルに対する同位体効果の研究
・ 吉沢　慧：円偏光励起によるシリコン中電子スピン偏極の探索

進路

松下電器産業、セイコーエプソン、イリノイ大学大学院

国際会議講演

  • K. M. Itoh, “Nanospintronics – New Discovery and Application,” Nanoelectronics Days 2006, October 11-13, 2006, Aachen, Germany.（招待講演）
  • K. M. Itoh, “Nanodomain Phase Transitions,” The International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS), Emerging Research Logic Devices Workshop, September 21, 2006, Montreux, Switzerland.(招待講演)
  • M. L. W. Thewalt, A. Yang, M. Steger, D. Karaiskaj, M. Cardona, H. Riemann, N. V. Abrasimov, A. V. Gusev, A. D. Bulanov, A. K. Kaliteevskii, O. N. Godisov, P. Becker, H.-J. Pohl, E. E. Haller, J. W. Ager III, and K. M. Itoh, “Photoluminescence and Photocurrent Detection of an Impurity Nuclear Spin: 31P in Highly Enriched 28Si,” The 4th International Conference on Physics and Applications of Spin-related Phenomena in Semiconductors, August 15-18, 2006, Sendai, Japan.（招待講演）
  • T. Sekiguchi, S. Yoshida1, K. M. Itoh, J. Myslivecek, and B. Voigtlander, “Self-Assembly of Periodic Nano-Dots of Silicon and Germanium on a Vicinal Silicon (111) Surface,” The 28th International Conference on Physics of Semiconductors, July 24-28, 2006, Vienna, Austria.(招待講演)
  • K. M. Itoh, “Silicon Quantum Information Processing,“ The XI International Conference on Quantum Optics (ICQO2006), May 26-31, 2006, Minsk, Belarus.（招待講演）
  • K. M. Itoh, “Recent Progress Towards Silicon-Based Quantum Computing,” The International Workshop on Solid State Based Quantum Information Processing (QIP2006), May 24-26, 2006, Herrsching, Germany.（招待講演）
  • K. M. Itoh, “Spintronincs -New Discovery and Application,” The Second International Nanotechnology Conference on Communications and Cooperation (INC2), May 15-18, 2006, Washington DC, USA.（招待講演）
  • J. T. Robinson, O. Moutanabbir, F. Ratto, S. Heun, M. Tonezzer, A. Locatelli, O. T. Mentes, L. Aballe, A. Liddl, K. M. Itoh, O.D. Dubon, “X-ray Spectromicroscopy Mapping of Metal-Induced Ordering of Semiconductor Nanostructures,” The 10th ISSP International Symposium on Nanoscience at Surfaces, October 9-13, 2006, Kashiwa, Chiba, Japan.
  • O. Moutanabbir, S. Miyamoto, K. M. Itoh, “Subtleties in the Epitaxial Growth of Ge/Si Nanstructures Revealed by Raman Scattering in Combination with Stable Isotopes Tracing,” 2nd International Workshop on New Group IV Semiconductor Nanoelectronics, October 2-3, 2006, Sendai, Japan.
  • T. Sekiguchi, S. Yoshida, Y. Shiren, and K. Itoh, “Self-Arranged Nanostructures of Si and Ge Along a Well-Defined Atomic Steps on a Vicinal Si(111),” The 14th International Conference on Molecular Beam Epitaxy, September 3-8, 2006, Waseda, Japan.
  • Y. Shimizu, and K. Itoh, “MBE Growth and Raman Characterization of Silicon Isotope Superlattices,” The 14th International Conference on Molecular Beam Epitaxy, September 3-8, 2006, Waseda, Japan.
  • O. Moutanabbir, S. Miyamoto, A. Fujimoto, and K. Itoh, “Isotopically Controlled Self-Assembled Ge/Si Nanostructures,” The 14th International Conference on Molecular Beam Epitaxy, September 3-8, 2006, Waseda, Japan.
  • L.S. Vlasenko, M.P. Vlasenko, D.S. Poloskin, R. Laiho, H. Hayashi, A. Sagara, and K. M. Itoh, “Electron paramagnetic resonance and dynamic nuclear polarization via the photoexcited triplet states of radiation defects in natural and 29Si isotopically enriched silicon,” The 4th International Conference on Physics and Applications of Spin-related Phenomena in Semiconductors, August 15-18, 2006, Sendai, Japan.
  • H. Hayashi, W. Ko, H. Morishita, N. Isogai, A. Sagara, K. M. Itoh, and L. S. Vlasenko, “Dynamic nuclear polarization of 29Si nuclei in isotopically enriched n-type silicon,” The 4th International Conference on Physics and Applications of Spin-related Phenomena in Semiconductors, August 15-18, 2006, Sendai, Japan.
  • Y. Shimizu and K. M. Itoh, “Self-diffusion of Si at low temperatures (T < 855 C) revealed by annealing and Raman spectroscopy of Si isotope superlattices,” The 28th International Conference on Physics of Semiconductors, July 24-28, 2006, Vienna, Austria.
  • R. Van Meter, W. J. Munro, K. Nemoto, and K. M. Itoh, “Distributed Arithmetic on a Quantum Multicomputer,” The 33rd Annual International Symposium on Computer Architecture, June 17-21, 2006, Boston, USA.

 

国内会議講演

  • 伊藤公平「シリコン量子コンピューターとその可能性」，第6回インテリジェント・ナノプロセス研究会，東北大学流体科学研究所，2006年12月20日（招待講演）
  • K. M. Itoh, “Condensed Matter Research Towards Silicon Quantum Computing,” CREST/IRS Workshop on the Quantum Information and Computation, Tokyo Insitute of Technology, August 8-9, 2006.（招待講演）
  • 伊藤公平「ナノシリコンの将来像」，ＪＳＴ研究開発戦略センター ナノ・電子情報材料小検討会，東京，2006年8月5日（招待講演）
  • 毛利友隆，伊藤公平，澤野憲太郎，ミロノフマクシム，白木靖寛「歪みGeチャネル/SiGe擬似基板の移動度スペクトル解析」，第54回応用物理学関係連合学術講演会，平成19年3月27日～30日，青山学院大学
  • 宮本　聡，Oussama Moutanabbir，伊藤公平「同位体制御Ge/Si(001)ナノ構造における原子組成の定量評価」，第54回応用物理学関係連合学術講演会，平成19年3月27日～30日，青山学院大学
  • 齋藤　卓，米元雅浩，相良暁彦，宮本　聡，澤野憲太郎，伊藤公平，白木靖寛，寒川誠二「無損傷中性粒子ビーム加工を用いたSiGe量子ナノディスク積層構造の作製」，第54回応用物理学関係連合学術講演会，平成19年3月27日～30日，青山学院大学
  • 清水康雄，伊藤公平，奥井登志子，白木靖寛，高野明雄「砒素イオン注入による基板シリコン原子ミキシングの加速電圧依存性」，第54回応用物理学関係連合学術講演会，平成19年3月27日～30日，青山学院大学
  • 植松真司，伊庭野健造，伊藤公平「Si熱酸化中の界面近傍におけるSi自己拡散の促進」，第54回応用物理学関係連合学術講演会，平成19年3月27日～30日，青山学院大学
  • 伊藤公平，相良暁彦，吉澤慧，Mike Thewalt「シリコン半導体中のリン不純物核スピンの光学測定」，日本物理学会　2007年春季大会，平成19年3月18日～21日，鹿児島大学
  • 金武史弥，草部浩一，長柄一誠，鈴木直，原田淳之，椋田秀和，北岡良雄，良知健，谷垣勝己，伊藤公平，E. E. Haller「クラスレート化合物Ba24Ge100の第一原理計算と73Ge-NMR」，日本物理学会　2007年春季大会，平成19年3月18日～21日，鹿児島大学
  • 西出早治大，原田淳之，椋田秀和，岩崎香織，與儀護，北岡良雄，摂待力生，松田達磨，芳賀芳範，大貫惇睦，伊藤公平，E. E. Haller「CePt3Siの圧力下における29Si－NMR」，日本物理学会　2007年春季大会，平成19年3月18日～21日，鹿児島大学
  • T. Itahashi, H. Hayashi, K. M. Itoh, L. S. Vlasenko, M. P. Vlasenko, D.S. Poloskin, and R. Laiho, “Dynamic Nuclear Polarization of 29Si Nuclei via the Photoexcited Triplet States of Radiation Defect in Isotropically Controlled Silicon,” 第11回半導体スピン工学の基礎と応用(PASPS-11)，平成18年12月14日～15日，東京大学物性研究所
  • H. Hayashi, T. Itahashi, K. M. Itoh, L. S. Vlasenko, and M. P. Vlasenko, “Dynamic nuclear polarization of 29Si nuclei via phosphorus center in isotopically controlled silicon,” 第11回半導体スピン工学の基礎と応用(PASPS-11)，平成18年12月14日～15日，東京大学物性研究所
  • 清水康雄，伊藤公平，奥井登志子，白木靖寛，高野明雄「イオン注入によるシリコン原子のミキシングの定量評価」，秋季第67回応用物理学会学術講演会，2006年8月29日-9月1日，立命館大学

論文発表

  • T. Sekiguchi, S. Yoshida, Y. Shiren, K. M. Itoh, J. Myslivecek, and B. Voigtlander, “Self-assembly of Periodic Nanoclusters of Si and Ge along Single Steps of a Vicinal Si(111),” J. Appl. Phys. 101, 081702 (2007).
  • Y. Shimizu, M. Uematsu, and K. M. Itoh, “Experimental Evidence of the Vacancy Mediated Silicon Self-Diffusion in Single Crystalline Silicon,” Phys. Rev. Lett. 98, 095901 (2007).
  • A. Yang, M. Steger, D. Karaiskaj, M. L. W. Thewalt, M. Cardona, K. M. Itoh, H. Riemann, N. V. Abrosimov, M. F. Churbanov, A. V. Gusev, A. D. Bulanov, A. K. Kaliteevskii, O. N. Godisov, P. Becker, H.-J. Pohl, J. W. Ager III, and E. E. Haller, “Optical Detection and Ionization of Donors in Specific Electronic and Nuclear Spin States,” Phys. Rev. Lett. 97, 227401 (2006).
  • S. Hosoi, K. Nakajima, M. Suzuki, K. Kimura, Y. Shimizu, S. Fukatsu, K.M. Itoh, M. Uematsu, H. Kageshima, and K. Shiraishi, “Observation of Si Emission during Thermal Oxidation of Si(001) with High-Resolution RBS,” Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 249, 390-393 (2006).
  • H. Hayashi, W. Ko, T. Itahashi, A. Sagara, K. M. Itoh, L. S. Vlasenko, and M. P. Vlasenko, “Dynamic Nuclear Polarization of 29Si Nuclei in the Isotope Enriched N-type Silicon,” Phys. Status Solidi C 3, No. 12, 4388-4391 (2006).
  • L. S. Vlasenko, M. P. Vlasenko, D. S. Poloskin, R. Laiho, H. Hayashi, T. Itahashi, A. Sagara, and K. M. Itoh, “Electron Paramagnetic Resonance and Dynamic Nuclear Polarization via the Pphotoexcited Triplet Sstates of Radiation Defects in Natural and 29Si Isotope Enriched Silicon,” Phys. Status Solidi C 3, No. 12, 4376-4379 (2006).
  • S. Kawasaki, T. Sada, T. Miyoshi, H. Kotegawa, H. Mukuda, Y. Kitaoka, T. C. Kobayashi, T. Fukuhara, K. Maezawa, K. M. Itoh, and E. E. Haller, “Evidence for Unconventional Superconducting Fluctuations in Heavy-Fermion Compound CeNi2Ge2,” J. Phys. Soc. Jpn. 75, 043702 (2006).
  • A. Harada, S. Kawasaki, H. Mukuda, Y. Kitaoka, Y. Haga, E. Yamamoto, Y. Onuki, K. M. Itoh, E. E. Haller, and H. Harima, “Unconventional Superconductivity in the Itinerant Ferromagnet UGe2:73Ge-NQR Study under Pressure,” Physica B 378-380, 963-964 (2006).
  • F. Onishi, Y. Inatomi, T. Tanaka, N. Shinozaki, M. Watanabe, A. Fujimoto, and K. Itoh, “Time-of-Flight Secondary Mass Spectrometry Analysis of Isotope Composition for Measurement of Self-Diffusion Coefficient,” Jpn. J. Appl. Phys. 45, 5274-5276 (2006).
  • K. K. Kohil, G. Davies, N. Q. Vinh, D. West, S. K. Estreicher, T. Gregorkiewicz, I. Izeddin, and K. M. Itoh, “Isotope Dependence of the Lifetime of the 1136 cm-1 Vibration of Oxygen in Silicon,” Phys. Rev. Lett. 96, 225503 (2006).
  • E. Abe, J. Isoya, and K. M. Itoh, “Pulsed EPR Study of Spin Coherence Time of P Donors in Isotopically Controlled Si,” Pysica B 376-377, 28-31 (2006).
  • A. Yang, H. J. Lian, and M. L. W. Thewalt, M. Uemura, A. Sagara, K. M. Itoh, E. E. Haller, and S. A. Lyon, “Isotopic Mass Dependence of the Lattice Parameter in Silicon Determined by Measurement of Strain-induced Splitting of Impurity Bound Exciton Transitions,” Pysica B 376-377, 54-56 (2006).
  • D. Tsurumi, K. M. Itoh and H. Yamada-Kaneta, “Host Isotope Effect on the Localized Vibrational Modes of Oxygen Dimers in Isotopically Enriched Silicon,” Pysica B 376-377, 959-962 (2006).
  • M. Uematsu, H. Kageshima, S. Fukatsu, K. M. Itoh, K. Shiraishi, M. Otani, and A. Oshiyama,“Enhanced Si and B Diffusion in Semiconductor-grade SiO2 and the Effect of Strain on Diffusion,” Thin Solid Films 508, 270-275 (2006).

受賞

  • 伊藤公平　日本IBM科学賞
  • 清水康雄（D1）応用物理学会講演奨励賞

研究助成

  •  科学技術振興機構　戦略的創造研究「全シリコン量子コンピュータの実現」
  •  日本学術振興会　研究費補助金　基盤研究（B）「次世代ゲート絶縁膜における不純物とシリコンの相互拡散」
  •  文部科学省　研究費補助金　特別研究員奨励費「ナノテンプレートSi基板上のGe量子ドット形成に関する実験及び理論的研究」
  •  科学技術振興調整費　「ナノ量子情報エレクトロニクス連携研究拠点」
  •  科学技術振興機構　産学共同シーズイノベーション化「半導体ナノCMOSプロセスシミュレータの開発」