水田研究室 水田 博 教授

Photo: 水田 博 教授

〈専門分野〉ナノデバイス物理、モノレイヤーデバイス、NEMS、量子情報素子、マルチスケールシミュレーション
〈キーワード〉ICTイノベーション、N/MEMS、スピンデバイス、デバイス物理、単原子層デバイス、表面・界面物性

ハイブリッド・ナノエレクトロニクスとアトムスケールデバイス―More-than-Moore & Beyond CMOS世代のエマージングナノテクノロジー―

研究内容

1.ハイブリッドNEMS(ナノ・エレクトロ・メカニカル・システム)機能デバイスの研究

 MOSFETや単電子トランジスタと、NEMSを融合することにより、従来のデバイスでは実現が難しい素子動作や特性を有する機能デバイス(スイッチングトランジスタ、不揮発性メモリ、超高感度ナノセンサーなど)を開発します。またナノ構造におけるフォノン・エンジニアリングのデバイス応用可能性を探索します。

2.モノレイヤー・ナノ集積機能システムの研究

 炭素原子一層のグラフェンや、厚さ<10nmの極薄SOI(silicon-on-insulator)などアトムスケール材料を用いて、微細トランジスタやNEMS素子を作製し、その極限的な素子特性の解明と、単分子センサーやエネルギー可逆スイッチなど機能集積システム応用を推進しています。

3.単一電子・スピンによる量子情報デバイスの研究

 スピンデコヒーレンス時間が長いシリコン超薄膜やグラフェン上に、多重量子ドット、ナノ磁石、電子スピン共鳴素子、および単一スピン読み出し素子を集積化し、単一スピンを量子ビットとする量子情報処理システムを構築します。

4.アトムスケールシミュレーションによるナノ構造・デバイスの研究

 密度汎関数理論と非平衡量子輸送理論に基づく大規模アトムスケールデバイスシミュレーションを駆使して、シリコン極限トランジスタやグラフェンデバイス内の電子・フォノン状態を解明し、新原理デバイス提案へと繋げます。

使用装置

電子線リソグラフィー、電界電離型ガスイオンナノ加工装置、ヘリウムイオン顕微鏡、環境制御低温・高周波プローバー、原子分解能走査透過型電子顕微鏡、第一原理・量子輸送シミュレータ、MEMS/MOS ハイブリッドシミュレータなど

過去5年間の主な研究業績

  1. Manoharan M. and H. Mizuta, Point defect induced transport bandgap widening in the downscaled armchair graphene nanoribbon device, Carbon 64, 416 (2013).
  2. Y. P. Lin, J. I. Perez-Barraza, M. K. Husain, F. M. Alkhalil, N. Lambert, D. A. Williams, A. J. Ferguson, H. M. H. Chong and H. Mizuta, VLSI Compatible parallel fabrication of scalable few electron Silicon Quantum Dots, IEEE Trans. Nanotechnology 12, 897 (2013).
  3. Z. Moktadir and H. Mizuta, Magnetoresistance in inhomogeneous graphene/meral hybrids, J. Appl. Phys. 113, 083907 (2013).
  4. E. Hamid, D. Moraru, Y. Kuzuya, T. Mizuno, Le The Anh, H. Mizuta, and M. Tabe, Electron-tunneling operation of single-donor-atom transistors at elevated temperatures, Phys. Rev. B 87, 085420 (2013).
  5. H. Mizuta, Z. Moktadir, S. A. Boden, N. Kalhor, S. Hang, M. E. Schmidt, N. T. Cuong, D. H. Chi, N. Otsuka, M. Muruagnathan, Y. Tsuchiya, H. Chong, H. N. Rutt and D. M. Bagnall, Fabrication and ab initio study of downscaled graphene nanoelectronic devices, Proc. SPIE 8462, 846206 doi:10.1117/ 12.956439 (2012).
連絡先

水田 博/E-mail:mizuta@jaist.ac.jp TEL:0761-51-1571 FAX:0761-51-1149
URL:http://www.jaist.ac.jp/ms/labs/mizuta-lab/

  • 現在のCMOS技術を越える’More than Moore’ & ’Beyond CMOS’世代のエマージングテクノロジ開拓を目指しています。
  • 英国サザンプトン大学の研究チーム*と密接な共同研究を行っています。英国に滞在しての研究活動も積極的に推進しますので、国際的に活躍したい方をお待ちしています。
    (* http://www.nano.ecs.soton.ac.uk/people/hm2)