| Project/Area Number |
11J00621
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Research Field |
Microdevices/Nanodevices
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
齊藤 正一朗 大阪大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2011 – 2012
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2012)
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| Budget Amount *help |
¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000)
Fiscal Year 2012: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2011: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
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| Keywords | 第一原理計算 / ゲルマニウム / ハイブリッド汎関数法 / Geトランジスタ |
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| Research Abstract |
Geをチャネルとする次世代高速電子デバイスの実現には、Geとその酸化物(GeO_2)の界面の原子構造や電子状態を解明する必要がある。当該年度では、Ge(001)表面の酸化過程におけるGe/GeO2界面歪に着目した第一原理計算を行った。Ge(001)表面におけるGe-Ge結合の間に酸素(0)原子を挿入していくと、クリストバライトと呼ばれるGeO_2構造がGe(001)表面上に形成されることが先行研究でわかっている。また、クリストバライトGeO_2構造のa軸は、Ge(001)表面に平行な方向であることから、クリストバライトGeO_2構造のa軸を圧縮し、c軸の長さおよび内部原子構造の最適化を行った。クリストバライトGeO_2構造は、Ge(001)-(1x1)表面あたり17%大きく、Ge原子は0原子に対して四配位構造をとっている。a軸の圧縮を行っていくと、四配位構造よりも安定かつ格子定数不整合がわずか5%の六配位構造の方が安定であることがわかった。したがって、クリストバライトGeO_2構造は、Ge(001)表面の歪の下では、四配位構造よりも六配位構造の方が安定であることがわかった。さらに、Ge/六配位GeO_2界面およびGe/四配位GeO_2界面をモデル化し、エネルギーの比較を行ったところ、Ge/六配位GeO_2界面の方が安定であることがわかった。最後に、Ge/GeO2界面における六配位構造の電子状態への影響を調べたところ、六配位構造が界面に存在すると、GeO_2のバンドが伝導帯側ヘシフトすることがわかった。これまでにGe/GeO2界面の価電子帯オフセットの実験結果がいくつか報告されているが、ばらつきがあることがわかっている。当該年度の成果から、価電子帯オフセットのばらつきは、界面における六配位酸化物の割合の違いによるものであると推測できる。
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