研究者詳細

顔写真

シナダ　タカヒロ
品田　賢宏
Takahiro Shinada
所属
国際集積エレクトロニクス研究開発センター　戦略企画部門
職名
教授
学位

  • 経営学 （早稲田大学）

  • 工学 （早稲田大学）

経歴 10

  • 2014年10月 ～ 継続中
    東北大学　国際集積エレクトロニクス研究開発センター　副センター長・教授

  • 2012年4月 ～ 2014年9月
    国立研究開発法人産業技術総合研究所　主幹

  • 2009年4月 ～ 2012年3月
    早稲田大学 高等研究所 准教授

  • 2007年4月 ～ 2009年3月
    早稲田大学 生命医療工学研究所 准教授

  • 2006年4月 ～ 2007年3月
    早稲田大学 生命医療工学研究所 助教授

  • 2004年7月 ～ 2006年3月
    早稲田大学 生命医療工学研究所 講師

  • 2004年4月 ～ 2004年6月
    早稲田大学 ナノテクノロジー研究所 講師

  • 2002年4月 ～ 2004年3月
    日本学術振興会 特別研究員

  • 2000年4月 ～ 2002年3月
    早稲田大学 理工学部 助手

  • 2001年7月 ～ 2001年9月
    ドイツ ルール大学 固体物理研究所 客員研究員

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学歴 4

  • 早稲田大学

    ～ 2000年

  • 早稲田大学　理工学研究科　電子・情報通信学専攻

    ～ 2000年

  • 早稲田大学

    ～ 1995年

  • 早稲田大学　理工学部　電子通信学科

    ～ 1995年

委員歴 15

  • Fellow, Center for Research and Development Strategy (CRDS), Japan Science and Technology (JST)

    2009年 ～ 2010年

  • 応用物理学会シリコンテクノロジー分科会接合技術研究会 幹事

    2010年 ～

  • Program Committee Member, 2010 International Conference on Ion Beam Modification of Materials (IBMM2010)

    2010年 ～

  • Member, Working Group 12 (Emerging Research Devices: ERD)

    2010年 ～

  • イオンビーム材料改質国際会議(IBMM2010)・プログラム委員

    2010年 ～

  • 電子情報技術産業協会(JEITA)ナノエレクトロニクス標準化専門委員会 委員

    2010年 ～

  • Member, IEC TC113, Japan Electronics and Information Technology Industries Association (JEITA)

    2010年 ～

  • 電子情報技術産業協会(JEITA) 半導体技術ロードマップ委員会(STRJ)

    2010年 ～

  • 国際固体素子材料コンファレンス(SSDM2009)・実行委員

    2009年 ～

  • 科学技術振興機構(JST)研究開発戦略センター 特任フェロー

    2009年 ～

  • Steering Committee Member, 2009 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM2009)

    2009年 ～

  • ワーキンググループ12 (Emerging Research Devices: ERD) 幹事

  • Japan Electronics and Information Technology Industries Association (JEITA)

  • Member, Working Group 13 (Emerging Research Materials: ERM)

  • ワーキンググループ13 (Emerging Research Devices: ERM) 特別委員

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所属学協会 3

  • The Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) Electron Devices Society

  • 応用物理学会シリコンテクノロジー分科会

  • 応用物理学会

研究キーワード 3

  • 単一ドーパントデバイス

  • 決定論的ドーピング

  • 単一原子ナノエレクトロニクス

研究分野 4

  • ナノテク・材料 / ナノマイクロシステム /

  • ナノテク・材料 / ナノバイオサイエンス /

  • ものづくり技術（機械・電気電子・化学工学） / 電気電子材料工学 /

  • ナノテク・材料 / ナノ材料科学 /

受賞 3

  1. 応用物理学会講演奨励賞

    2002年9月24日　応用物理学会

  2. Best Poster Award

    2000年9月22日　13th International Conference on Ion Implantation Technology

  3. Student Award

    1998年6月26日　International Conference on Ion Implantation Technology

論文 29

  1. Detecting nuclear spins in an organosilane monolayer using nitrogen-vacancy centers for analysis of precursor self-assembly on diamond surface

    Yuki Ueda, Yuto Miyake, Akirabha Chanuntranont, Kazuki Otani, Masato Tsugawa, Daiki Saito, Shuntaro Usui, Tokuyuki Teraji, Shinobu Onoda, Takahiro Shinada, Hiroshi Kawarada, Takashi Tanii

    JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS　62　(SG)　2023年6月

    DOI： 10.35848/1347-4065/accc91 　

    ISSN：0021-4922

    eISSN：1347-4065

  2. Electroluminescence of Er:O-doped nano pn diode in silicon-on-insulator and its current-voltage characteristics at room temperature

    Takafumi Fujimoto, Keinan Gi, Stefano Bigoni, Michele Celebrano, Marco Finazzi, Giorgio Ferrari, Takahiro Shinada, Enrico Prati, Takashi Tanii

    2020 IEEE Silicon Nanoelectronics Workshop, SNW 2020　123-124　2020年6月1日

    出版者・発行元： Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc.

    DOI： 10.1109/SNW50361.2020.9131655 　

  3. Single Ion implanted silicon devices towards few photons emission regime for space quantum communications

    Enrico Prati, Takahiro Shinada, Takashi Tanii

    Optics InfoBase Conference Papers　2020年

    出版者・発行元： The Optical Society

  4. Resonant photocurrent at 1550 nm in an erbium low-doped silicon transistor at room temperature

    Enrico Prati, Michele Celebrano, Lavinia Ghirardini, Marco Finazzi, Giorgio Ferrari, Takahiro Shinada, Keinan Gi, Yuki Chiba, Ayman Abdelghafar, Maasa Yano, Takashi Tanii

    2019 Silicon Nanoelectronics Workshop, SNW 2019　2019年6月1日

    出版者・発行元： Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc.

    DOI： 10.23919/SNW.2019.8782962 　

  5. Room Temperature Resonant Photocurrent in an Erbium Low-Doped Silicon Transistor at Telecom Wavelength

    Michele Celebrano, Lavinia Ghirardini, Marco Finazzi, Giorgio Ferrari, Yuki Chiba, Ayman Abdelghafar, Maasa Yano, Takahiro Shinada, Takashi Tanii, Enrico Prati

    Nanomaterials　9　(3)　416-416　2019年3月11日

    出版者・発行元： MDPI AG

    DOI： 10.3390/nano9030416 　

    eISSN：2079-4991

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    An erbium-doped silicon transistor prepared by ion implantation and co-doped with oxygen is investigated by photocurrent generation in the telecommunication range. The photocurrent is explored at room temperature as a function of the wavelength by using a supercontinuum laser source working in the μW range. The 1-μm2 transistor is tuned to involve in the transport only those electrons lying in the Er-O states. The spectrally resolved photocurrent is characterized by the typical absorption line of erbium and the linear dependence of the signal over the impinging power demonstrates that the Er-doped transistor is operating far from saturation. The relatively small number of estimated photoexcited atoms (≈ 4 × 10 4 ) makes Er-dpoed silicon potentially suitable for designing resonance-based frequency selective single photon detectors at 1550 nm.

  6. GeVn complexes for silicon-based room-temperature single-atom nanoelectronics

    Simona Achilli, Nicola Manini, Giovanni Onida, Takahiro Shinada, Takashi Tanii, Enrico Prati

    Scientific Reports　8　(1)　2018年12月1日

    出版者・発行元： Nature Publishing Group

    DOI： 10.1038/s41598-018-36441-w 　

    ISSN：2045-2322

  7. Lithographically engineered shallow nitrogen-vacancy centers in diamond for external nuclear spin sensing

    Ryosuke Fukuda, Priyadharshini Balasubramanian, Itaru Higashimata, Godai Koike, Takuma Okada, Risa Kagami, Tokuyuki Teraji, Shinobu Onoda, Moriyoshi Haruyama, Keisuke Yamada, Masafumi Inaba, Hayate Yamano, Felix M. Stürner, Simon Schmitt, Liam P. McGuinness, Fedor Jelezko, Takeshi Ohshima, Takahiro Shinada, Hiroshi Kawarada, Wataru Kada, Osamu Hanaizumi, Takashi Tanii, Junichi Isoya

    New Journal of Physics　20　(8)　2018年8月

    DOI： 10.1088/1367-2630/aad997 　

    ISSN：1367-2630

  8. Deterministic single-ion implantation method for quantum processing in silicon and diamond

    Takahiro Shinada, Enrico Prati, Takashi Tanii

    Integrated Nanodevice and Nanosystem Fabrication: Breakthroughs and Alternatives　3-26　2017年1月1日

    出版者・発行元： Pan Stanford Publishing Pte. Ltd.

    DOI： 10.1201/9781315181257 　

  9. Deterministic doping to silicon and diamond materials for quantum processing

    Takahiro Shinada, Enrico Prati, Takashi Tanii, Tokuyuki Teraji, Shinobu Onoda, Fedor Jelezko, Junnichi Isoya

    16th International Conference on Nanotechnology - IEEE NANO 2016　888-890　2016年11月21日

    DOI： 10.1109/NANO.2016.7751573 　

  10. Opportunity of single atom control for quantum processing in silicon and diamond

    Takahiro Shinada, Prati Enrico, Syuto Tamura, Takashi Tanii, Tokuyuki Teraji, Shinobu Onoda, Takeshi Ohshima, Liam P. McGuinness, Lachlan Rogers, Boris Naydenov, Fedor Jelezko, Junichi Isoya

    2014 Silicon Nanoelectronics Workshop, SNW 2014　2015年12月4日

    DOI： 10.1109/SNW.2014.7348533 　

  11. Investigation of the silicon vacancy color center for quantum key distribution 査読有り

    Yan Liu, Petr Siyushev, Youying Rong, Botao Wu, Liam Paul McGuinness, Fedor Jelezko, Syuto Tamura, Takashi Tanii, Tokuyuki Teraji, Shinobu Onoda, Takeshi Ohshima, Junichi Isoya, Takahiro Shinada, Heping Zeng, E. Wu

    OPTICS EXPRESS　23　(26)　32961-32967　2015年12月

    DOI： 10.1364/OE.23.032961 　

    ISSN：1094-4087

  12. Fluorescence Polarization Switching from a Single Silicon Vacancy Colour Centre in Diamond

    Yan Liu, Gengxu Chen, Youying Rong, Liam Paul McGuinness, Fedor Jelezko, Syuto Tamura, Takashi Tanii, Tokuyuki Teraji, Shinobu Onoda, Takeshi Ohshima, Junichi Isoya, Takahiro Shinada, E. Wu, Heping Zeng

    Scientific Reports　5　2015年7月23日

    DOI： 10.1038/srep12244 　

    eISSN：2045-2322

  13. Fluorescence Polarization 査読有り

    Y. Liu, G. Chen, Y. Rong, L. P. McGuinness, F. Jelezko, S. Tamura, T. Tanii, T. Teraji, S. Onoda, T. Ohshima, J. Isoya, T. Shinada, E. Wu, H. Zeng

    Scientific Report　5　12244　2015年7月23日

  14. Single ion implantation of Ge donor impurity in silicon transistors 査読有り

    E. Prati, Y. Chiba, M. Yano, K. Kumagai, M. Hori, G. Ferrari, T. Shinada, T. Tanii

    2015 SILICON NANOELECTRONICS WORKSHOP (SNW)　2015年

  15. Array of bright silicon-vacancy centers in diamond fabricated by low-energy focused ion beam implantation

    Syuto Tamura, Godai Koike, Akira Komatsubara, Tokuyuki Teraji, Shinobu Onoda, Liam P. McGuinness, Lachlan Rogers, Boris Naydenov, E. Wu, Liu Yan, Fedor Jelezko, Takeshi Ohshima, Junichi Isoya, Takahiro Shinada, Takashi Tanii

    Applied Physics Express　7　(11)　115201　2014年11月1日

    DOI： 10.7567/APEX.7.115201 　

    ISSN：1882-0778

    eISSN：1882-0786

  16. Array of bright silicon-vacancy centers in diamond fabricated by low-energy focused ion beam implantation

    Syuto Tamura, Godai Koike, Akira Komatsubara, Tokuyuki Teraji, Shinobu Onoda, Liam P. McGuinness, Lachlan Rogers, Boris Naydenov, E. Wu, Liu Yan, Fedor Jelezko, Takeshi Ohshima, Junichi Isoya, Takahiro Shinada, Takashi Tanii

    APPLIED PHYSICS EXPRESS　7　(11)　2014年11月

    DOI： 10.7567/APEX.7.115201 　

    ISSN：1882-0778

    eISSN：1882-0786

  17. In situ modification of cell-culture scaffolds by photocatalytic decomposition of organosilane monolayers

    Hideaki Yamamoto, Takanori Demura, Mayu Morita, Sho Kono, Kohei Sekine, Takahiro Shinada, Shun Nakamura, Takashi Tanii

    Biofabrication　6　(3)　2014年

    出版者・発行元： Institute of Physics Publishing

    DOI： 10.1088/1758-5082/6/3/035021 　

    ISSN：1758-5090 1758-5082

  18. Atomic scale devices: advancements and directions 招待有り 査読有り

    Enrico Prati, Takahiro Shinada

    2014 IEEE INTERNATIONAL ELECTRON DEVICES MEETING (IEDM)　2014年

    DOI： 10.1109/IEDM.2014.7046961 　

  19. Reduction of threshold voltage fluctuation in field-effect transistors by controlling individual dopant position

    Masahiro Hori, Keigo Taira, Akira Komatsubara, Kuninori Kumagai, Yukinori Ono, Takashi Tanii, Tetsuo Endoh, Takahiro Shinada

    Applied Physics Letters　101　(1)　013503-013503　2012年7月2日

    出版者・発行元： AIP Publishing

    DOI： 10.1063/1.4733289 　

    ISSN：0003-6951

    eISSN：1077-3118

  20. Anderson-Mott transition in arrays of a few dopant atoms in a silicon transistor 査読有り

    Enrico Prati, Masahiro Hori, Filippo Guagliardo, Giorgio Ferrari, Takahiro Shinada

    NATURE NANOTECHNOLOGY　7　(7)　443-447　2012年7月

    DOI： 10.1038/NNANO.2012.94 　

    ISSN：1748-3387

  21. Impact of a few dopant positions controlled by single-ion implantation on transconductance of FETs

    Masahiro Hori, Yukinori Ono, Akira Komatsubara, Kuninori Kumagai, Takashi Tanii, Tetsuo Endoh, Iwao Ohdomari, Takahiro Shinada

    Extended Abstracts of the 11th International Workshop on Junction Technology, IWJT 2011　75-76　2011年

    DOI： 10.1109/IWJT.2011.5970003 　

  22. Quantum transport in deterministically implanted single-donors in Si FETs 査読有り

    T. Shinada, M. Hori, F. Guagliardo, G. Ferrari, A. Komatubara, K. Kumagai, T. Tanii, T. Endo, Y. Ono, E. Prati

    2011 IEEE INTERNATIONAL ELECTRON DEVICES MEETING (IEDM)　Session No. 30.4　2011年

    DOI： 10.1109/IEDM.2011.6131644 　

  23. Performance evaluation of MOSFETs with discrete dopant distribution by one-by-one doping method 査読有り

    T. Shinada, M. Hori, Y. Ono, K.Taira, A. Komatsubara, T.Tanii, T. Endoh, I. Ohdomari

    Proc. of SPIE　7637　763711-1-763711-7　2010年5月

    DOI： 10.1117/12.848322 　

  24. Recent advance in single-ion implantation method for single-dopant devices

    Takahiro Shinada, Masahiro Hori, Keigo Taira, Tetsuo Endoh, Iwao Ohdomari

    Extended Abstracts of the 9th International Workshop on Junction Technology, IWJT 2009　96-99　2009年

    DOI： 10.1109/IWJT.2009.5166228 　

  25. Enhancing semiconductor device performance using ordered dopant array 査読有り

    T. Shinada, S. Okamoto, T. Kobayashi, I. Ohdomari

    Nature　2005年10月

    DOI： 10.1038/nature04086 　

  26. Novel Process for High-Density Buried Nanopyramid Array Fabrication by Means of Dopant Ion Implantation and Wet Etching

    Koh Meishoku, Goto Tomomi, Sugita Atsushi, Tanii Takashi, Iida Tomoyuki, Shinada Takahiro, Matsukawa Takashi, Ohdomari Iwao

    Japanese journal of applied physics. Pt. 1, Regular papers & short notes　40　(4)　2837-2839　2001年4月30日

    出版者・発行元： 公益社団法人 応用物理学会

    DOI： 10.1143/JJAP.40.2837 　

    ISSN：0021-4922

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    A simple and high-throughput process to fabricate a high-density buried nanopyramid array (BNPA) on a Si surface has been developed by means of dopant ion implantation and wet etching. In this process, the combination of two interesting etching phenomena was utilized to form the BNPA. One is the enhanced etching of ion-exposed SiO2 in HF. The other is the newly found retarded etching of ion-exposed Si in hydrazine (N2H4). A p-type Si(100) substrate with 27-nm-thick SiO2 was exposed to 50-keV phosphorus ions with a dotted pattern. Then, the ion-exposed SiO2 was selectively etched away by dipping in HF. Finally, the BNPA was formed under the patterned SiO2 layer by dipping in hydrazine. By using this simple process, the BNPA with 250 nm pitch was successfully fabricated. The electrical property of the fabricated nanopyramid was also investigated using scanning Maxwell-stress microscopy (SMM).

  27. High-Density Nanoetchpit-Array Fabrication on Si Surface Using Ultrathin SiO2 Mask

    Koh Meishoku, Sawara Souichi, Goto Tomomi, Ando Yoshinori, Shinada Takahiro, Ohdomari Iwao

    Japanese journal of applied physics. Pt. 1, Regular papers & short notes　39　(9)　5352-5355　2000年9月15日

    出版者・発行元： 社団法人応用物理学会

    DOI： 10.1143/JJAP.39.5352 　

    ISSN：0021-4922

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    Nanoetchpit arrays (NEPAs) with a density of 1.56 T(1012)pit/in2 were artificially fabricated on Si surfaces. The key to the success of high-density-NEPA fabrication is through utilization of ultrathin SiO2 layer as an Si etching mask and N2H4 (hydrazine) solution as an Si etchant. The NEPAs were fabricated in only three steps: (1) focused electron-beam (EB) irradiation onto SiO2 mask, (2) SiO2 mask development using an HF-based solution, and (3) Si etching using hydrazine. The enhanced etching phenomenon of EB-exposed SiO2 in an HF-based solution was applied to pattern the SiO2 mask. Thin SiO2 layers with a thickness of 8 nm at the initial stage (4 nm after the development) were used as Si etching mask to suppress both spreading of the EB-exposed region by the forward scattering of the electrons and lateral extension of the SiO2 etching region during the development. Si substrates were etched through 4-nm-thick SiO2 mask by dipping in a hydrazine solution with an extremely high etching selectivity for Si/SiO2. By using this simple process, 8-nm-diameter NEPAs with a 20 nm pitch were successfully arranged on Si surfaces.

  28. Current status of single ion implantation

    Takahiro Shinada, Yoshinori Kumura, Jun Okabe, Takashi Matsukawa, Iwao Ohdomari

    Journal of Vacuum Science and Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures　16　(4)　2489-2493　1998年

    出版者・発行元： American Institute of Physics Inc.

    DOI： 10.1116/1.590196 　

    ISSN：1071-1023

  29. Impact of a few Dopant Positions Controlled by Deterministic Single-Ion Doping on the Transconductance of Field-Effect Transistors

    M.Hori, T.Shinada, Y.Ono, A.Komatsubara, K.Kumagai, T.Tanii, T.Endoh, I.Ohdomari

    Appl. Phys. Lett. 99 (2011) 062103

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MISC 29

  1. ダイヤモンド上マイクロ波照射用銅めっき導波路の作製による単一NVセンターを用いたODMR計測の時間安定性向上

    津川雅人, 齋藤悠太, 上田優樹, 大谷和毅, 齋藤美紀子, 品田高宏, 谷井孝至

    応用物理学会春季学術講演会講演予稿集(CD-ROM)　69th　2022年

    ISSN： 2758-4704

  2. イオン注入による単一不純物欠陥の規則的配列形成とその応用-ダイヤモンド中浅い単一NVセンターの配列形成-

    谷井孝至, 品田高宏, 寺地徳之, 小野田忍, 大島武, MCGUINNESS Liam P., JELEZKO Fedor, LIU Yan, WU E, 加田渉, 花泉修, 川原田洋, 磯谷順一

    応用物理学会春季学術講演会講演予稿集(CD-ROM)　66th　220-220　2019年

    出版者・発行元： 公益社団法人 応用物理学会

    DOI： 10.11470/jsapmeeting.2019.1.0_220 　

    eISSN： 2436-7613

  3. イオン注入を用いたSiVセンターの作製と生成収率のエネルギー依存性評価

    加賀美理沙, 東又格, 岡田拓真, 寺地徳之, 小野田忍, 春山盛善, 春山盛善, 大島武, 品田高宏, 加田渉, 花泉修, 磯谷順一, 谷井孝至

    応用物理学会秋季学術講演会講演予稿集(CD-ROM)　77th　1253-1253　2016年

    出版者・発行元： 公益社団法人 応用物理学会

    DOI： 10.11470/jsapmeeting.2016.2.0_1253 　

    eISSN： 2436-7613

  4. Enhancing Single-Ion Detection Efficiency by Applying Substrate Bias Voltage for Deterministic Single-Ion Doping

    Masahiro Hori, Takahiro Shinada, Keigo Taira, Akira Komatsubara, Yukinori Ono, Takashi Tanii, Tetsuo Endoh, Iwao Ohdomari

    APPLIED PHYSICS EXPRESS　4　(4)　046501　2011年4月

    DOI： 10.1143/APEX.4.046501 　

    ISSN： 1882-0778

  5. Modulation of Viability of Live Cells by Focused Ion-Beam Exposure

    Takahiro Shinada, Takayuki Akimoto, Yanwei Zhu, Hisa Goke, Iwao Ohdomari

    BIOTECHNOLOGY AND BIOENGINEERING　108　(1)　222-225　2011年1月

    DOI： 10.1002/bit.22917 　

    ISSN： 0006-3592

  6. Reliable Single Atom Doping and Discrete Dopant Effects on Transistor Performance

    Takahiro Shinada, Masahiro Hori, Yukinori Ono, Keigo Taira, Akira Komatsubara, Takashi Tanii, Tetsuo Endoh, Iwao Ohdomari

    2010 INTERNATIONAL ELECTRON DEVICES MEETING - TECHNICAL DIGEST　592-595　2010年

    DOI： 10.1109/IEDM.2010.5703428 　

    ISSN： 2380-9248

  7. Performance enhancement of semiconductor devices by control of discrete dopant distribution

    M. Hori, T. Shinada, K. Taira, N. Shimamoto, T. Tanii, T. Endo, I. Ohdomari

    NANOTECHNOLOGY　20　(36)　365205　2009年9月

    DOI： 10.1088/0957-4484/20/36/365205 　

    ISSN： 0957-4484

  8. A reliable method for the counting and control of single ions for single-dopant controlled devices

    T. Shinada, T. Kurosawa, H. Nakayama, Y. Zhu, M. Hori, I. Ohdomari

    NANOTECHNOLOGY　19　(34)　345202　2008年8月

    DOI： 10.1088/0957-4484/19/34/345202 　

    ISSN： 0957-4484

  9. Enhancement of field emission characteristics of tungsten emitters by single-walled carbon nanotube modification

    D Ferrer, T Tanii, Matsuya, I, G Zhong, S Okamoto, H Kawarada, T Shinada, Ohdomari, I

    APPLIED PHYSICS LETTERS　88　(3)　2006年1月

    DOI： 10.1063/1.2165205 　

    ISSN： 0003-6951

  10. Development of liquid-metal-ion source low-energy ion gun/high-temperature ultrahigh vacuum scanning tunneling microscope combined system

    M Uchigasaki, T Kamioka, T Hirata, T Shimizu, F Lin, T Shinada, Ohdomari, I

    REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS　76　(12)　2005年12月

    DOI： 10.1063/1.2149001 　

    ISSN： 0034-6748

  11. Enhancing semiconductor device performance using ordered dopant arrays

    Takahiro Shinada, Shintaro Okamoto, Takahiro Kobayashi, Iwao Ohdomari

    Nature　437　(7062)　1128-1131　2005年10月20日

    出版者・発行元： Nature Publishing Group

    DOI： 10.1038/nature04086 　

    ISSN： 1476-4687 0028-0836

  12. Enhancing semiconductor device performance using ordered dopant arrays

    T Shinada, S Okamoto, T Kobayashi, Ohdomari, I

    NATURE　437　(7062)　1128-1131　2005年10月

    DOI： 10.1038/nature04086 　

    ISSN： 0028-0836

  13. Selective growth of carbon nanostructures on nickel implanted nanopyramid array

    D Ferrer, T Shinada, T Tanii, J Kurosawa, G Zhong, Y Kubo, S Okamoto, H Kawarada, Ohdomari, I

    APPLIED SURFACE SCIENCE　234　(1-4)　72-77　2004年7月

    DOI： 10.1016/j.apsusc.2004.05.180 　

    ISSN： 0169-4332

  14. Improvement of focused ion-beam optics in single-ion implantation for higher aiming precision of one-by-one doping of impurity atoms into nano-scale semiconductor devices

    T Shinada, H Koyama, C Hinoshita, K Imamura, Ohdomari, I

    JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS PART 2-LETTERS　41　(3A)　L287-L290　2002年3月

    DOI： 10.1143/JJAP.41.L287 　

    ISSN： 0021-4922

  15. Simple nanostructuring on silicon surface by means of focused beam patterning and wet etching

    M Koh, S Sawara, T Shinada, T Goto, Y Ando, Ohdomari, I

    APPLIED SURFACE SCIENCE　162　599-603　2000年8月

    DOI： 10.1016/S0169-4332(00)00257-9 　

    ISSN： 0169-4332

  16. Flat-band voltage control of a back-gate MOSFET by single ion implantation

    T Shinada, A Ishikawa, C Hinoshita, M Koh, Ohdomari, I

    APPLIED SURFACE SCIENCE　162　499-503　2000年8月

    DOI： 10.1016/S0169-4332(00)00239-7 　

    ISSN： 0169-4332

  17. Simple fabrication of high density concave nanopyramid array (NPA) on Si surface

    S Sawara, M Koh, T Goto, Y Ando, T Shinada, Ohdomari, I

    APPLIED SURFACE SCIENCE　159　481-485　2000年6月

    DOI： 10.1016/S0169-4332(00)00118-5 　

    ISSN： 0169-4332

  18. New process for Si nanopyramid array (NPA) fabrication by ion-beam irradiation and wet etching

    M KoH, S Sawara, T Goto, Y Ando, T Shinada, Ohdomari, I

    JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS PART 1-REGULAR PAPERS SHORT NOTES & REVIEW PAPERS　39　(4B)　2186-2188　2000年4月

    DOI： 10.1143/JJAP.39.2186 　

    ISSN： 0021-4922

  19. Reduction of fluctuation in semiconductor conductivity by one-by-one ion implantation of dopant atoms

    T Shinada, A Ishikawa, C Hinoshita, M Koh, Ohdomari, I

    JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS PART 2-LETTERS　39　(4A)　L265-L268　2000年4月

    DOI： 10.1143/jjap.39.L265 　

    ISSN： 0021-4922

  20. Nano-fabrication of CDW and its negative resistance phenomenon

    H Kubota, T Sumita, S Takami, T Shinada, Ohdomari, I

    JOURNAL DE PHYSIQUE IV　9　(P10)　175-177　1999年12月

    ISSN： 1155-4339

  21. Influence of secondary electron detection efficiency on controllability of dopant ion number in single ion implantation

    T Shinada, A Ishikawa, M Fujita, K Yamashita, Ohdomari, I

    JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS PART 1-REGULAR PAPERS SHORT NOTES & REVIEW PAPERS　38　(6A)　3419-3421　1999年6月

    DOI： 10.1143/JJAP.38.3419 　

    ISSN： 0021-4922

  22. Nano-fabricated CDW by ion-beam irradiation

    T Sumita, T Nagai, H Kubota, T Matsukawa, Ohdomari, I

    SYNTHETIC METALS　103　(1-3)　2234-2237　1999年6月

    DOI： 10.1016/S0379-6779(98)00282-3 　

    ISSN： 0379-6779

  23. Simple fabrication of nanopyramid array (NPA) on Si surface by means focused ion beam patterning wet etching

    Meishoku Koh, Takahiro Shinada, Souich Sawara, Tomomi Goto, Yoshinori Ando, Iwao Ohdomari

    Ext. Abst. SSDM　184-185　1999年

  24. Simple fabrication of nanopyramid array (NPA) on Si surface by means focused ion beam patterning wet etching

    Meishoku Koh, Takahiro Shinada, Souich Sawara, Tomomi Goto, Yoshinori Ando, Iwao Ohdomari

    Ext. Abst. SSDM　184-185　1999年

  25. Key Technology of Focused Ion Beam (FIB) System for Single Ion Implantation

    Takashi Matsukawa, Takahiro Shinada, Toshinori Fukai, Ken-ichi Hara, Iwao Ohdomari

    Journal of Vacuum Science and Technology B　16　(4)　2479-2483　1998年

    DOI： 10.1116/1.590194 　

    ISSN： 0734-211X

  26. The Current Status of Single Ion Implantation

    Takahiro Shinada, Yoshinori Kumura, Jun Okabe, Takashi Matsukawa, Iwao Ohdomari

    Journal of Vacuum Science and Technology B　16　(4)　2489-2493　1998年

    DOI： 10.1116/1.590196 　

    ISSN： 0734-211X

  27. The Current Status of Single Ion Implantation

    Takahiro Shinada, Yoshinori Kumura, Jun Okabe, Takashi Matsukawa, Iwao Ohdomari

    Journal of Vacuum Science and Technology B　16　(4)　2489-2493　1998年

    DOI： 10.1116/1.590196 　

    ISSN： 0734-211X

  28. Key Technology of Focused Ion Beam (FIB) System for Single Ion Implantation

    Takashi Matsukawa, Takahiro Shinada, Toshinori Fukai, Ken-ichi Hara, Iwao Ohdomari

    Journal of Vacuum Science and Technology B　16　(4)　2479-2483　1998年

    DOI： 10.1116/1.590194 　

    ISSN： 0734-211X

  29. Damage and contamination free fabrication of thin Si wires with highly controlled feature size

    T Shinada, H Kimura, Y Kumura, Ohdomari, I

    APPLIED SURFACE SCIENCE　117　684-689　1997年6月

    DOI： 10.1016/S0169-4332(97)80164-X 　

    ISSN： 0169-4332

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書籍等出版物 2

  1. Single Atom Nanoelectronics

    Editors E. Prati, T. Shinada

    Pan Stanford Publishing　2012年

    ISBN: 9789814316316

  2. テクノカレント：半導体テクノロジーのトレンド－微細化から等価的微細化と多様化へ

    世界経済情報サービス　2008年

講演・口頭発表等 26

  1. Single ion implantation of Ge donor impurity in silicon transistors 国際会議

    E. Prati, Y. Chiba, M. Yano, K. Kumagai, M. Hori, G. Ferrari, T. Shinada, T. Tanii

    2015 Silicon Nanoelectronics Workshop　2015年6月14日

  2. Atomic Scale Devices: Advancements and Directions 国際会議

    E. Prati, T. Shinada

    2014 International Electron Devices Meeting (IEDM)　2014年12月15日

  3. Methodology of single atom control for quantum processing in silicon and diamond 国際会議

    T. Shinada, E. Prati, S. Tamura, Y. Fukui, G. Koike, T. Tanii, T. Teraji, S. Onoda, T. Ohshima, L. P. McGuinness, L. Rogers, B. Naydenov, E. Wu, F. Jelezko, J. Isoya

    16th Takayanagi Kenjiro Memorial Symposium　2014年11月11日

  4. Opportunity of Single Atom Control for Quantum Processing in Silicon 国際会議

    T. Shinada, P. Enrico, S. Tamura, T. Tanii, T. Teraji, S. Onoda, T. Ohshima, L.P. McGuinness, L. Rogers, B. Naydenov, F. Jelezko, J. Isoya

    2014 Silicon Nanoelectronics Workshop　2014年6月8日

  5. Comparison of Self-Heating Effect (SHE) in Short-Channel Bulk and Ultra-Thin BOX SOI MOSFETs: Impacts of Doped Well, Ambient Temperature, and SOI/BOX Thicknesses on SHE 国際会議

    T. Takahashi, T. Matsuki, T. Shinada, Y. Inoue, K. Uchida

    2013 International Electron Devices Meeting (IEDM)　2013年12月

  6. Quantum transport in deterministically implanted single-donors in Si FETs 国際会議

    T. Shinada, M. Hori, F. Guagliardo, G. Ferrari, A. Komatubara, K. Kumagai, T. Tanii, T. Endo, Y. Ono, E. Prati

    2011 International Electron Devices Meeting (IEDM)　2011年12月

  7. 単一原子ドーピング法と離散的ドーパントデバイス評価

    電気学会電子デバイス研究会　2011年

  8. ドーパント位置制御による電界効果トランジスタの相互コンダクタンス評価

    第58回応用物理学関連連合講演会　2011年

  9. 低エネルギー集束イオンビームによる細胞活性の修飾

    第58回応用物理学関連連合講演会　2011年

  10. Performance evaluation of MOSFETs with discrete dopant distribution by one-by-one doping method

    T. Shinada, M. Hori, Y. Ono, K. Taira, A. Komatsubara, T. Tanii, T. Endoh, I. Ohdomari

    2010 International Electron Devices Meeting (IEDM)　2010年12月

  11. 基板バイアス印加による単一イオン個数制御性の検証

    第71回応用物理学会学術講演会　2010年

  12. Enhancement of Electron Transport Property in FET with Asymmetric Ordered Dopant Distribution

    18th International Conference on Ion Implantation Technology (IIT2010)　2010年

  13. Performance evaluation of transistors with discrete dopants by single-ion doping method

    21st International Conference on the Application of Accelerators in Research and Industry (CAARI2010)　2010年

  14. Modulation of viability of live cells by focused ion-beam implantation

    17th International Conference on Ion Beam Modification of Materials (IBMM2010)　2010年

  15. Evaluation of Singularity by applying substrate bias in single ion implantation method

    2010年

  16. Improving Single Dopant Detection Efficiency by Controlling Substrate Bias in Single Ion Implantation Method

    TECHCON2010　2010年

  17. Reliable Single Atom Doping and Discrete Dopant Effects on Transistor Performance

    International Electron Device Meeting (IEDM)　2010年

  18. Functional modification of living cells by focused gold-ion implantation

    10th International Conference on Atomically Controlled Srufaces, Interfaces, and Nanostructures (ACSIN2009)　2009年

  19. 離散的ドーパント位置のデバイス特性に及ぼす影響調査

    第70回応用物理学会学術講演会　2009年

  20. シングルイオン注入法の基板バイアス印加による単一性改善に関する研究

    第70回応用物理学会学術講演会　2009年

  21. 集束Auイオンビームによる細胞機能修飾

    第70回応用物理学会学術講演会　2009年

  22. Performance Evaluation of Semiconductor Device with Asymmetric Discrete Dopant Distribution

    TECHCON2009　2009年

  23. Recent advance in single-ion implantation method for single-dopant devices (Invited)

    9th International Workshop on Junction Technology (IWJT2009)　2009年

  24. Single Ion Implantation for Fluctuation Control (Invited)

    17th International Conference on Ion Implantation Technology (IIT2008)　2008年

  25. Enhancing Semiconductor Device Performance using Ordered Dopant Arrays

    International Workshop on Materials and Life Science using Nuclear Probes from Heavy-Ion Accelerators　2008年

  26. Single Ion Implantation for Single-Dopant Controlled Devices (Invited)

    20th International Conference on the Application of Accelerators in Research and Industry (CAARI2008)　2008年

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共同研究・競争的資金等の研究課題 17

  1. 決定論的ドーパントデバイスの確率的情報処理・量子計算／計測応用

    品田 賢宏, 大矢 剛嗣, 谷井 孝至, 河野 行雄

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

    研究機関：Tohoku University

    2023年4月1日 ～ 2028年3月31日

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    量子準位が制御されたドーパント規則配列を有する半導体デバイス「決定論的ドーパントデバイス」を活用することで、制御された量子物性に基づく超低消費電力・超高感度デバイス・回路を開発し、CN、DX、IoT、AIに資する革新的情報処理・量子計測の構築を目的として、以下の研究項目に取り組んだ。 研究項目① 決定論的ドーパントデバイスによる確率的情報処理システムの開発：決定論的ドーパントデバイス向け粘菌様情報処理回路の設計とシミュレータ作成を進めた。同様にリザーバコンピューティング回路の設計とシミュレーションについても検討・評価を進めた。 研究項目② 決定論的ドーパントデバイスによる量子レジスタ形成と量子計測系の構築：ダイヤモンド表面近傍の浅い単一NVセンターと表面の不対電子（表面ダングリングボンド）を磁気双極子-双極子相互作用により結合させるための測定系（電子二重共鳴測定系）の実装を行い、表面ダングリングボンドの密度計測や意図的にダイヤモンド表面に結合させたラジカル分子の検出に成功した。 研究項目③ 決定論的ドーパントデバイスによる電界集中型THzセンシングの開発と新規計測の創出：照射THz光の波長よりも小さいドーパント領域に光電界を集中する構造体の作製と性能評価を行った。電磁界シミュレーション、構造体作製、THz測定による評価を系統的に行うことで、微小領域へのTHz集中、ならびに周波数フィルタの効果を示した。

  2. 決定論的ドーピング法に基づく量子物性制御とその確率的情報処理・量子計測への応用

    品田 賢宏, 谷井 孝至, 大矢 剛嗣, 河野 行雄, 井上 耕治, 清水 康雄

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

    研究機関：Tohoku University

    2018年4月1日 ～ 2023年3月31日

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    ①決定論的ドーピング法の多元化と量子機能の発現：1)新たな液体金属イオン源を開発し、質量分離可能な集束イオンビーム装置およびシングルイオン注入装置に搭載することで、決定的ドーピング法の多元化を進めた。ガスイオン源の搭載による軽元素の注入可能性については、現有装置への搭載が不可能であったことから、特にシリコンやダイヤモンドのバンドギャップ中に不純物準位を形成する液体金属イオン源を開発することによる代替法の構築を行った。2)シリコン中に不純物を注入し、深い不純物準位の形成とその室温特性を利用した量子輸送特性評価を行った。また、シングルイオン注入法を用いて、シリコン中に希土類元素を注入し、その内殻電子の励起・緩和を活用した単一光子源の開発を進めた。ダイヤモンド中のNVセンターの活用では、NVセンターと他の電子スピンとの磁気的結合を活用した量子ビットの形成と応用を目指している。 ②単一ドーパント量子ドットを用いたTHz波検出器の開発と量子コヒーレント制御：ドーパントへのテラヘルツ集光効率向上のための更なる光電界集中構造の検討を、シミュレーションと実験の両面から行った。誘電率を適切に設定することで、光電界サイズの局限化に成功した。また、テラヘルツ波検出に対するドーパント分布の効果について考察を行い、ドーパント同士の距離を制御することで、 検出帯域をチューニングできる可能性を示した。 ③単一ドーパント量子物性制御デバイスの回路実装：単一ドーパント情報処理回路向けのシミュレータ作成を進めた。単一ドーパント量子系に発現する現象・動作を表現するシミュレータの開発を進めると同時に、同回路に実装する具体的な自然・生物的情報処理アーキテクチャの設計、及び試作中のシミュレータにてその動作確認を進め、それらの有用性を確認し、国際会議等で成果発表を行った。

  3. 決定論的ドーピング法に基づく単電子等価回路設計プロセスと確率的情報処理への応用

    品田 賢宏, 大矢 剛嗣, 浅井 哲也, 谷井 孝至

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research

    研究機関：Tohoku University

    2016年4月1日 ～ 2019年3月31日

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    本研究では、決定論的ドーピング法の注入元素の多様化を図り、単一ドーパントが動作を支配する回路を開発すると共に、脳におけるパルス伝導・積和・閾値演算を量子効果により抽象化・具現化して、極低電力・並列機能演算を行う脳型量子回路を実現し、革新的情報処理システムの基盤構築を目指した。具体的には、決定論的ドーピング法による単一ドーパント量子ドット形成プロセスを確立すると共に、ゲルマニウム-空孔複合体からなる新たな量子準位系の形成に成功し、室温動作の可能性を拓いた。加えて、熱ノイズやゆらぎを利用して動作する単一ドーパントニューラルネットワーク回路を開発し、新たな情報処理デバイス・回路基盤を構築した。

  4. 決定論的ドーピング法による量子物性制御

    品田 賢宏, 谷井 孝至, 井上 耕治, 田部 道治, 磯谷 順一

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    2013年4月1日 ～ 2017年3月31日

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    本研究では、10nm以下の領域へのドーピングを実現し、次世代デバイスに適応可能な決定論的ドーピング法の確立を第1の目的とし、単一ドーパントシリコンデバイス、単一シリコン-空孔ダイヤモンドデバイスをはじめとする量子デバイスの物性制御を第2の目的とした。具体的には、①10nm以下の領域への単一ドーパントドーピングプロセスモジュールの開発に成功し、②単一ドーパントシリコンデバイス量子輸送、及び③単一ドーパントシリコン－空孔ダイヤモンド量子発光の観測と制御に成功した。将来のCMOSテクノロジーの延伸に資する決定論的ドーピング法の確立、及びその量子物性制御を実現したことは大きな成果である。

  5. イオンビームによる細胞へのドーピングと細胞機能修飾

    品田 賢宏, 朝日 透

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research

    2012年4月1日 ～ 2014年3月31日

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    本研究では、申請代表者らが半導体物性制御用に世界に先駆けて開発した単一イオン注入技術(イオンを1 個ずつ数10nm の精度で注入可能)を応用して、ドーパント原子を生きた細胞に注入し、細胞機能修飾を試みた。具体的には、細胞注入用のイオン注入装置を開発し、筋芽細胞（C2C12）およびがん細胞（HeLa）にAuおよびAsイオンを注入を試みた。その結果、コントロール（未注入）と比較し、細胞活性が変化することを確認した。イオン注入法による細胞活性の変化を観測した、恐らく初の成果である。イオン照射による“損傷”に基づく改質ではなく、イオンを生きた細胞に“注入”し、細胞に物質を導入する新しい手法を提案した。

  6. 単一不純物原子が制御されたナノデバイス製造技術の開発

    品田 賢宏

    2007年 ～ 2008年

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    ナノデバイスでは、その電気的特性を制御するために導入される不純物原子の離散性が顕在化する。不純物原子の不規則な分布故、デバイス毎に不純物原子個数および位置がゆらぎ、半導体デバイスの電気的特性がバラつく結果、ナノデバイス構造が形成されても正常に動作しない可能性が高い。本研究では、不純物原子を1個ずつ注入可能な単一イオン注入法を用いて不純物原子配列方法が電気的特性に与える影響を系統的に調査すると共に、既存の半導体製造技術によって実現するプロセスを考案し、ナノデバイスで初めて顕在化する不純物ゆらぎという本質的問題の解決に現実的な道筋の呈示を試みた。 まず、不純物原子位置のデバイス特性への影響を調査するために、不純物分布を偏在させたSi抵抗体を試作した。チャネル中央に不純物分布を有する抵抗体では、ソースとドレインを入れ替えても特性は対称であったが、チャネル中央からソース側へ200nmの位置に不純物を配置した抵抗体では、ソースとドレインの入替によって特性が変化することが判明した。不純物原子がソース側よりドレイン側に偏在する方が、ドレイン電流が高くなることを見出した。ナノデバイスで顕在化する不純物原子の離散性とゆらぎの電気的特性への影響を初めて実験的に検証した成果である。 不純物原子の位置が制御された半導体デバイスをより現実的なものとするために、既存技術もしくは従来技術の延長線上にある技術によって不純物原子の空間制御を可能とするプロセスを開発した。シリコン抵抗体上に電子線リソグラフィーを用いて直径50nm、ピッチ100nmのイオン注入窓を有するマスクを形成し、約50nmの精度でシリコン抵抗体に不純物原子を規則配列させることが可能となった。不純物原子数はボアソン分布に従ってゆらぐものの、位置制御によって電気特性改善が期待できる成果である。

  7. 不純物原子の規則配列を有する半導体デバイスの開発

    品田 賢宏

    2006年 ～ 2008年

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    ナノデバイスでは、その電気的特性を制御するために導入される不純物原子の離散性が顕在化し、ランダムな分布故、デバイス毎に不純物原子個数および位置がゆらぐ結果、デバイス特性がバラつく、いわゆる"不純物ゆらぎ"が問題となる。本研究では、単一イオン注入法を用いて、半導体晶中に不純物原子を規則的に配列させた新しい半導体デバイスを創製し、不純物原子配列方法が半導体電気的特性に与える影響を調査する。 不純物原子分布のデバイス特性への影響を調査するために、不純物分布を偏在させたSi抵抗体を試作した。電子線リソグラフィーを用いて、長さ500nm、幅2.5μmの抵抗体上に幅200nmのイオン注入用窓を有するマスクを形成した。イオン注入窓をチャネル中央、およびチャネル中央からソース側へ200nmの位置に設け、30keVのPイオンを1×10^11cm^-2注入し、2種類の不純物分布を有する抵抗体を実現した。ドレイン側に偏在する抵抗体は、ソース側に偏在させた抵抗体を電気的にソース/ドレインを入れ替えることによって実現している。レジスト剥離後、窒素雰囲気中、900℃、5minのアニール仁よって注入イオンの電気的活性化を行った。 ドレイン電流のゲート電圧依存性を計測したところ、チャネル中央に不純物分布を有する抵抗体では、ソースとドレインを入れ替えても特性は対称であったが、チャネル中央からソース側へ200nmの位置に不純物を配置した抵抗体では、ソースとドレインの入替によって特性が変化することが判明した。不純物原子がソース側よりドレイン側に偏在する方が、ドレイン電流が高くなる結果が得られている。ナノデバイスで顕在化する不純物原子の離散性を考慮したナノデバイスのモデリングが世界的中で進められているが、サブミクロンデバイスにおいて不純物分布の違いが電気的特性に及ぼす影響を初めて実験的に検証した。

  8. 半導体一次元量子構造を用いた高速デバイスの開発

    堀越 佳治, 大泊 巌, 三浦 道子, 品田 賢宏, 河原塚 篤, 西永 慈郎, 大泊 巌, 三浦 道子, 品田 賢宏, 河原塚 篤, 小野満 恒二

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

    研究機関：Waseda University

    2005年 ～ 2008年

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    半導体ナノ構造を駆使することにより、素子の高速化、低消費電力化実現のための研究を進めてきた。まず分子線エピタキシャル成長法により、結晶品質、および構造精度の高いナノ構造を製作するための選択エピタキシャル成長技術の確立、さらにナノスケールの精度を持つ反応性イオンエッチング技術の確立を行った。これによって弾道電子を用いたトランジスター、磁気抵抗効果デバイス、二次元フォトニック結晶など、種々のデバイス構造を試作し、所期の特性を確認した。

  9. 単一原子の個数と位置が制御された新しい半導体の創製とその応用

    大泊 巌, 堀越 佳治, 品田 賢宏

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

    研究機関：Waseda University

    2005年 ～ 2007年

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    長年、半導体中への不純物ドーピングは均一に行われると考えられてきたが、ナノデバイスではこの仮定はもはや成立しない。不純物原子の離散性が顕在化すると共に、ランダムな分布故、デバイス毎に不純物原子個数および位置がゆらぎ、半導体デバイスの電気的特性がバラつく結果、ナノデバイス構造が形成されても動作しない可能性が高い。本研究では、シングルイオン注入法の個数および位置制御性を改善して、半導体結晶中に単一不純物原子を規則的に配列させた新しい半導体創製を試みた。具体的には、(1)シングルイオン注入用集束イオンビーム光学系の改造によって、20nmに止まっていたビーム径を10nmに改善、(2)単一イオン入射時に半導体電気的特性の変化量を検出する電流変化検出型シングルイオン入射検出法の開発によって検出率100%を初めて達成した。(3)(1)および(2)を実現して、不純物原子の規則配列を有する半導体を試作した他、非対称な不純物分布を有する半導体を実現し、不純物原子がソース側よりドレイン側に偏在する方がドレイン電流が高くなることを見出した。また、イオン照射過程のリアルタイム走査型トンネル顕微鏡(STM)観察によって、表面近傍における点欠陥の挙動を初めて捉えることにも成功している。先端半導体デバイスにおいて微細化を妨げる本質的要因の1つとして現実味を帯びてきた不純物原子の統計的ゆらぎに起因する電気的特性のばらつき抑制を初めて実証したと言える。半導体の電気的性質は不純物の平均濃度(分布はランダム)によって決まるとされてきた従来の半導体物理およびそれに立脚する電子工学に、個数と位置制御という新しい概念を導入する意義があった他、近未来の半導体デバイス設計、具体的にはチャネルエンジニアリングの設計指針を与える成果である。

  10. イオン注入法を利用したナノ構造スピンデバイスに関する研究

    堀越 佳治, 大泊 巌, 品田 賢宏, 小野満 恒二

    2004年 ～ 2005年

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    磁性イオンを半導体中にドーピングすると半導体母材との非混和性により、熱処理によって磁性イオンのクラスターが発生する。このクラスターを半導体中に一次元に規則正しく配列することにより、磁場の印加に伴う巨大磁気抵抗を発生させ、将来の不揮発性省消費電力メモリーとしての応用の可能性を探るのが本研究の目的であった。まず一次元半導体構造を形成する技術の確立から研究を開始し、MEE法を用いた選択エピタキシャル成長法の最適化、ファセット制御技術の確立により幅20nm、長さ100nmの量子細線を再現性良く作製する技術を実現した。これらの細線に磁性イオンとしてNiを、単一イオンのレベルまで制御可能な収束イオン注入技術によって注入し、熱処理後の電気伝導特性の磁場依存性を評価した。その結果磁気抵抗はきわめて小さく、期待した結果は得られなかった。この原因の一つとして、イオン注入による損傷が十分回復していないことが考えられた。そこで分子線エピタキシー装置を用い、MEEモードで低温における高濃度MnドープGaAs薄膜の成長を行った。この結晶に熱処理を施すことによって均質なMnAsクラスター形成に成功した。具体的な方法は(001)GaAs基板上にMn1原子層/GaAs3分子層の対を10周期成長し、これを熱処理することによって均質なMnAsクラスターを得た。得られた薄膜は顕著な磁気抵抗効果を示し、この方法の有効性が明らかになった。今後層構造の最適化を図るとともに量子細線構造への応用を試みる。

  11. One-by-oneドーピング法による特性ゆらぎのない極微半導体デバイスの実現

    品田 賢宏

    2002年 ～ 2002年

  12. シングルイオン注入法による半導体電気的特性ゆらぎ抑制に関する研究

    大泊 巌, 豊島 義明, 品田 賢宏

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究機関：Waseda University

    2000年 ～ 2002年

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    本研究課題では、シングルイオン注入法によるナノスケール固体物性制御、ならびに固体表面改質と続く化学処理による現実的なナノ構造形成手段としての可能性を探ることを目的とし、具体的には以下のことに取り組んだ。 (1)シングルイオン注入法における照準精度の改善 イオンビームから1個のイオンを抽出するために行う"チョッピング"という操作故に留まっていた低い照準精度を格段に向上させるために、シングルイオン注入用集束イオンビーム(FIB)光学系の改造を行った。対物レンズの縮小率を従来の1/6から1/19に改善し、ビーム径は20mm以下、照準精度は改造前の170nmから60nmに大幅に抑制され、半導体ナノ領域へのドーピングが可能となった。 (2)不純物原子位置制御によるシリコン細線電界効果トランジスタ(FET)の閾値電圧制御 シングルイオン注入法を用いて不純物原子の位置が制御されたFETを作製し、閾値電圧を測定した。規則的に配置した場合、ランダム配置と比較してゆらぎが小さく、約2倍閾値電圧が小さいことが判明した。これは、不純物原子が作るクーロンポテンシャル間の相互作用によりチャネル領域の電位が低下し、より低いゲート電圧でチャネルが形成されたことを示唆している。 (3)シングルイオン注入法によるNiイオン注入部位へのカーボンナノチューブ/繊維選択成長 カーボンナノチューブの成長位置を制御するために、シングルイオン注入法を用いて任意の場所に触媒金属の導入を試みた。Niイオン注入に続いて、プラズマCVDによるカーボンナノチューブ/繊維(CNF)の成長を試みたところ、Ni注入部位に選択的にCNFが成長することを確認した。 (4)イオン照射減速エッチング現象を利用したゲート電極付シリコン電界放出素子配列の作製 当研究室で発見したイオン照射減速エッチング現象を利用したシリコン電界放出素子配列作製プロセスを考案した。自己整合的なプロセスによりマスク合わせなしで、電子銃とゲート電極を同時に作りこめることが特徴である。Niイオンを用いることによって頂点にNiを含有するピラミッドを形成することが可能であり、先端からCNFを成長させることによって電界放出素子の高性能化への見通しを得た。 (5)シリコンナノ構造配列基板上への機能性有機分子の単分子固定 従来の半導体電子デバイスと機能性有機分子の融合による新機能デバイスの開発に着手した。このためには、決められた個数の有機分子を任意の位置に固定する手法の確立が必要となる。ナノ構造配列の有する形状(ナノスケールサイズ、ピッチなど)および性質(親水/疎水、表面電位、共有結合など)を利用して、ナノ構造上に1個ずつ分子を固定する手法を考案した。これまでに、ナノエッチピットの1個1個にポリスチレン微粒子(粒径100nm)を1個ずつ埋め込むことに成功した。

  13. ナノスケール表面改質のためのイオン照射下高温STM観察

    大泊 巌, 品田 賢宏, 嶋田 一義

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究機関：Waseda University

    1999年 ～ 2001年

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    1.イオン照射によるSi表面の改質効果解明の推進 高温超高真空STM/低速イオン銃複合装置を作製し、Arイオンを照射したSi表面をリアルタイムで高温STM観察し、1個のArイオンによって形成された表面改質サイトの形状変化を多数調べた。その結果、サイズの大きいイオン照射痕の多くは、熱処理によって表面のダイマー列に沿った辺を持つ正六角形に整形されることなどが明らかになった。イオン照射欠陥回復過程の基板温度依存性、入射イオンエネルギー依存性について調査し、温度が高いほど、低照射エネルギーであるほど、一旦拡大する欠陥がより多くなることが判明した。また、昨年度導入したE×Bセパレータにより、Si表面へ一価の酸素イオン(O^+)のみを抽出して高温STM観察することに成功した。この結果、活性な酸素イオンの照射時においても、Si表面を原子レベルで観察し続けられることを確認した。今後は、ドーパントイオン照射による表面改質過程についても視野に入れ、引き続き研究を続ける。 2.Si表面へのイオン照射過程のシミュレーション技術の構築 STMによって得られたイオン照射欠陥の挙動を定量的に解釈するためには、バルク中の原子や空孔の挙動の理解が不可欠である。このため、Ar, Si, Oの3元素が扱えるポテンシャルを開発し、イオン照射後の欠陥の挙動やSiO_2/Si界面構造形成の動的過程のシミュレーションを行った。また、分子動力学計算では扱いきれない長時間に及ぶ欠陥の挙動をシミュレートするために、モンテカルロ法によるシミュレータの開発も行った。

  14. Functional modification of cells by single-ion implantation 競争的資金

  15. Control of semiconductor device performance by single-ion implantation 競争的資金

  16. 単一イオン注入法による細胞機能修飾 競争的資金

  17. 単一イオン注入法による半導体ナノ物性制御 競争的資金

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Works（作品等） 6

  1. シングルイオン注入を用いたトランジスタ特性制御の研究

    2010年 ～

  2. Control of transistor performances by single-ion implantation

    2010年 ～

  3. シングルドーパントデバイスの研究 (NTT)

    2009年 ～

  4. Single-dopant devices (NTT)

    2009年 ～

  5. ドーパント規則配列を有する半導体のデバイス特性評価 (Semiconductor Research Corporation)

    2008年 ～

  6. Device Performance Evaluation of Semiconductors with Ordered Dopant Arrays (Semiconductor Research Corporation)

    2008年 ～

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