量子ドットなスピントロニクス商品

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【スピントロニクスとは】

スピントロニクス(Spintronics)：固体中の電子の電荷とスピン
の両方を工学的に利用、応用する分野。スピンとエレクトロ
ニクスから生まれた造語で、マグネットエレクトロニクス(
Magnetoelectronics)とも呼ばるが、スピントロニクスの呼称の
方が一般的。これまでのエレクトロニクスでは電荷の自由度
のみが利用されてきた。この分野はスピンの自由度も利用し
これまで実現できなかった機能や性能を持つデバイスが実現
されている。



※代表的例：1988年に発見された巨大磁気抵抗効果があり、
　現在ハードディスクドライブのヘッドに利用。



従来の、ミクロレベルから分子１個のナノサイズに焦点を合
わすことで、乾電池１個でスーパーコンピュータが動く世界
が実現してしまうのだし、一軒分の家庭用電力もわずか10セ
ンチ角の太陽電池１個で賄えるのだ。それはムーア法則の限
界を超える量子半導体の時代の到来を意味している。






【量子ドット光デバイス製造法】

もっとその実用化が急がれているわけだが、まだ理論の実証
段階で、特許情報を集めてもかっちりと固まっていなくて、
トップダウン加工プロセスが主流であるが、有機溶剤を使っ
た貼り合わせ法のボトムアップ法もある。量子ドット薄膜層
を積み上げて出力を増していくが途中で突如低下する。デバ
イスの性能低下は、デバイス内における歪み形成および量子
ドット成長にともなう歪みが原因といわれているので、歪み
のない成膜方法の確立が重要だと思われるが、これは問題の
１つでしかない。




特開2010-054695 光デバイスの製造方法 独立行政法人産業技術総合研究所
特開2010-010678 量子ドットデバイスおよびその製造方法 シャープ株式会社
特開2011-040459 多積層量子ドット構造体および製造方法、それを用いた太陽
　　　　　　　　電池素子および発光素子 独立行政法人産業技術総合研究所
特開2010-269435 レーザー誘起表面ナノ配列構造の作製方法及びそれを用いて
　　　　　　　　作製したデバイス構造 株式会社日立製作所　他
特開2010-103430 構造体及び半導体光装置　富士通 東京大学　荒川秦彦
特開2010-114079 量子ドット発光素子およびその製造方法 三星電子株式会社
特開2011-077467 赤外線検出素子、赤外線検出装置及び赤外線検出素子の製造
　　　　　　　　方法 三菱重工業株式会社　他
特開2011-076770 電界発光素子およびその製造方法 ＨＯＹＡ株式会社
特開2009-059973 微細構造素子製造装置及び微細構造素子生産方法 国立大学
　　　　　　　　法人 筑波大学
特開2006-114815 太陽電池　富士通　東京大学　荒川泰彦
特開2005-223345 Si単結晶微粒子積層方法 独立行政法人科学技術振興機構



微細構造素子製造装置及び微細構造素子生産方法
特開2009-59973

課題
選択領域の方位、位置合わせの精度、再現性が確保し易く、
特性を変えた量子ドットを近接領域に交互に配列させるなど
の特異な構造をモノリシック（一枚板）に作ることができる
微細構造素子製造装置及び微細構造素子生産方法を提供する

解決手段
基板30が搭載され、回転方向の角度を規定することのできる
回転規制手段44を有する試料ホルダ40と、基板30に選択的に
結晶32を成長させるための少なくとも１つ以上の開口を有す
るマスク10と、マスクが搭載され、かつ回転規制手段に接合
して回転方向と半径方向との試料ホルダとの相対位置が決ま
る位置固定手段29を有するマスクホルダ20と、を備える微細
構造素子製造装置


【符号の説明】

１微細構造素子製造装置　10マスク 12開口部 13開口部ブロ
ック　14開口部ブロック 15開口部ブロック 16開口部ブロッ
ク 20マスクホルダ 22マスクホルダ本体 24固定板 26マスク
ホルダ外輪 27チャッキング用ピン 28バネ　29位置固定手段
30基板 32選択結晶成長層 40試料ホルダ 42固定用Ｃリング
44回転規制手段 60蒸発源

太陽電池
特開2006-114815

【課題】 太陽電池に関し、太陽電池に於ける光検知層がエ
ネルギ・バンド・ギャップＥ０よりも小さいエネルギの光も
吸収できるようにして、光起電力に寄与するキャリアの生成
量を大きくする、即ち、変換効率を向上しようとする。

【解決手段】 ｐｉｎ構造で構成され、光検知層であるｉ層
３に３次元量子閉じ込め作用をもつ量子ドットＤを含み、量
子ドットＤ及びそれを囲むバリア層のエネルギ・バンド構造
がｔｙｐｅ II を成している。

 

 

【バイオテンプレート極限加工による量子ナノ構造の作製】

そんな中、注目すべき技術として‘バイオテンプレート極限
加工法’が浮上している。従来のトップダウンによるリソグ
ラフィー技術とエッチング技術に依存した微細加工技術では
限界とされ、光源やレンズ系の設計において22nmよりも微細
なパターンを形成することは技術的・経済的に大きな壁があ
り、また、プラズマエッチングでは、ナノメートルスケール
の構造形成においてプラズマからの紫外線照射による表面欠
陥生成が大きな問題となっている。特に化合物半導体はシリ
コンに比べて不安定な材料でプラズマに対して脆弱で、プラ
ズマエッチングによる欠陥のないナノ構造作製は難しい。


表　半導体プロセスの照射損傷


一方、ボトムアップ形成手法としては、格子ひずみを利用し
たStranski-Krastanov（S-K）成長モードによる自己形成量子
ドット作製法が一般的だが寸法のばらつきを抑制ができない
ドットの密度に限界（10⁹～10¹⁰ｃｍ^-2）がある、サイズに制
限がある（数10nm程度）、材料を自由に選択することができ
ない、ひずみに伴う格子欠陥が不可避であるなどの問題がある。




現在、その最有力な手法として、ボトムアップ技術とトップ
ダウン加工技術の融合（プロセスインテグレーション）が注
目され、ボトムアップ技術の中でも、バイオテクノロジー手
法として奈良先端技術大学院大学の山下一郎らの遺伝子操作
による改質されたフェリティン変異体などを用いてナノサイ
ズの金属を内包したたんぱく質を作製し、それらの自己組織
化によるナノ構造作製を実現。一方、トップダウン加工技術
では、2001年に寒川教授が、プラズマから放射される電荷や
紫外線を抑制して低損傷で高精度のエッチングを可能とする
中性粒子ビームの技術を開発し、その効果を最先端超LSIで
実証。これらの両方を組み合わせたバイオテンプレート技術
により化合物半導体ナノ構造を無欠陥に作製する技術を開発。






図　新しい中性粒子ビーム源

というわけで、いつのまにか夜９時になっているではないか。
疲れが限界にきていて、昨夜階段を登って通常なら、空踏み
ていどの失敗で済むところ、最上段と勘違いし思い切り左足
を階段にぶつけ親指の爪が剥がれるのではないかと思われる
ほど強打してしまった。休養しろと身体は悲鳴を上げている
のに、無慈悲にもアルコールをカンフル剤代わりに飲む馬鹿
な主人がいる。彼女から昼前に電話が掛かり留守電の呼び出
しが掛かったのだがどうしたのと聞くので、二度寝してしま
ったと言い訳し、電話先を聞き折り返し先方を呼び出して聞
くと「ソーラパネルの実務講習」の日取りが決まったのだと
の内容だった。こう言うのをどの様に例えたらよいのだろう
か‘季節外れな、老兵のスピン・オフ’とでも形容すれば良
いのだろうか。それにしても、世界は広い。




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