NTT驗證世界最高精度GHz單電子轉移元件，為重新定義安培作貢獻
2016-07-11 10:27:19 日經BP  |  |
| 使用硅晶體管的單電子轉移元件 （圖片出自NTT新聞發布資料） （點擊放大） | 安裝在NPL的高精度電流測量系統使用的樣品保持器上的NTT的硅單電子轉移元件 （照片出自NTT新聞發布資料） （點擊放大） |
在國際單位制（SI）方面，業界于2011年提出了變更定義的方案，建議使用約化普朗克常數h及基本電荷e等自然不變量來重新定義。在這一重新定義中，作為電流基本單位的安培將被把以往為測定值的e改作固定值，根據電流標準來生成電流ef（f：頻率）進行設定。利用時鐘控制逐一準確輸送每個電子的單電子轉移元件有望作為最直接的電流標準使用。
此次NTT運用了長年積累的以晶圓級別制作納米級硅晶體管的技術。該技術能夠以出色的成品率制作具有雙層柵極和微細單電子島的構造。將單電子島微細化后，電子的帶電能量就會變大，有望實現高精度的工作。通過向10納米級細線施加基于柵極電壓的封閉，實現了千兆赫茲范圍內的高精度工作。
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| NPL的高精度電流測量系統 （圖片出自NTT新聞發布資料） （點擊放大） | 此次的單電子轉移元件的成果和最終目標 （圖片出自NTT新聞發布資料） （點擊放大） |
另外，此次還使用了NPL的高精度電流測量系統。通過比較單電子轉移電流與流過1GΩ高精度標準電阻的參照電流，實現了將不準確性降至10-6左右的高精度測定。與以往的評測相比，這種方法的錯誤率改善了兩位數。此外，上述雙方還利用該測量系統測量了由不同材料及不同研究機構制作的元件，此次的成果還將為確認10-6級可變勢壘單電子轉移元件的普遍性做出貢獻。
為了實現具有實用性的電流標準，NTT和NPL今后將推進以更高精度的驗證為目標的舉措。具體而言，將與歐盟的量子電流標準項目合作，改進高精度測量系統并實施不準確性降至1×10-7左右的測定。另外，還將使用具備單電子級分辨率的電荷計來測量轉移的電子數量，由此實現以電流標準的目標值、即1×10-8以下的錯誤率為目標的高精度評測，同時還將尋找6.5GHz高速工作時精度下降的原因，力爭實現最高速時的高精度工作。
