ゲートスタックのリーク特性予測のための統合的計算化学手法の開発

• Project/Area Number: 18760024
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Thin film/Surface and interfacial physical properties
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 遠藤 明 Tohoku University, 工学院工学研究科, 准教授 (90344704)
• Project Period (FY): 2006 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥3,600,000 (Direct Cost: ¥3,600,000); Fiscal Year 2007: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000); Fiscal Year 2006: ¥1,600,000 (Direct Cost: ¥1,600,000)
• Keywords: 量子分子動力学法 / モンテカルロ法 / 電気伝導度シミュレータ / 超高速化量子分子動力学法 / 分子動力学法 / MOSFET / High-k / リーク電流 / High-k絶縁膜 / ゲートスタック / 古典分子動力学法

Research Abstract

携帯電子デバイスの低消費電力化・省待機電力化に対応するため,MOSFETにおけるゲートリーク電流低減は重要な課題である.素子微細化に伴いゲートスタック構造における高誘電率(High-k)絶縁膜組成やHigh-k絶縁膜/反転層界面構造の原子レベル分析は極めて困難になる.本研究では,原子レベルでモデル化されたゲートスタックのリーク特性予測のための計算化学的手法の開発を目的として,研究代表者が開発してきた量子分子動力学法,グランドカノニカルモンテカルロ法,古典分子動力学法などを統合化しリーク特性予測への適用可能性を検証する.平成19年度は(1)絶縁膜厚,ドーパント濃度,絶縁膜/反転層の界面構造を多様に変化させた原子レベルモデリングと波動関数の空間分布および電子の確率密度分布の精密計算,(2)絶縁膜/反転層における絶縁膜のリーク特性の予測を行う予定で,Si_3N_4などの窒化物材料やトラップ準位の計算,4H-SiCなどのモデリングに成功する他,多様な材料に応用することにも成功した.この他,平成19年度では,量子分子動力学プログラムの電子状態計算によって得られる電子の確率密度分布からゼーベック係数を予測するシミュレータの開発,部分状態密度から絶縁体の二次電子放出係数を予測するシミュレータの開発,従来の第一原理分子動力学法よりも飛躍的に高速化した超高速化量子分子動力学法の予備的開発やHigh-k材料・触媒材料として重要なZrO_2への応用に成功するなど,予想外の成果と発展を示した.

Research Products

• [Journal Article] Development of A Seebeck Coefficient Prediction Simulator Using Tight-Binding Quantum Chemical Molecular Dynamics (2008)
  • Author(s): H. Tsuboi, et. al.
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics 47(印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of Large-Scale Quantum Chemical Molecular Dynamics Simulator and Its Application to PDP Materials (2007)
  • Author(s): A. Endou, et. al.
  • Journal Title: Proceedings of The 14th International Display Workshops 1 Pages: 177-180
• [Journal Article] Development of Constraint Algorithm for the Number of Electrons in Molecular Orbitals Consisting Mainly 4f Atomic Orbitals of Rare-Earth Elements and Its Introduction to Tight-Binding Quantum Chemical Molecular Dynamics Method (2007)
  • Author(s): A.Endou et al.
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics (印刷中)
• [Journal Article] Theoretical Investigation on Electrical and Electronic Properties of Carbon Materials (2007)
  • Author(s): A.Chutia et al.
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics (印刷中)
• [Journal Article] A Theoretical Study on the Electronic and Electrical Properties of p-Type Transparent Conducting Metal Oxides (2007)
  • Author(s): C.Lv et al.
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics (印刷中)
• [Journal Article] Theoretical Investigation of the Photo-physical Properties of Black Dye Sensitizer [(H_3-tctpy)M(NCS)_3]^- (M=Fe, Ru, Os) in Dye Sensitized Solar Cells (2007)
  • Author(s): A.Govindasamy et al.
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics (印刷中)
• [Journal Article] Large-Scale Electronic Structure Calculation of Blue Phosphor BaMgAl_<10>O_<17> : Eu^<2+> Using Tight-Binding Quantum Chemistry Method Implemented for Rare Earth Elements (2007)
  • Author(s): H.Onuma et al.
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics (印刷中)
• [Journal Article] Development of A Thermal Conductivity Prediction Simulator Based on the Combination of Electron Conduction and Lattice Vibration Effects (2007)
  • Author(s): H.Tsuboi et al.
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics (印刷中)
• [Presentation] Development of Accelerated Large-Scale Quantum Chemical Molecular Dynamics Program and Its Application to Oxides for Electronic Devices (2007)
  • Author(s): A. Endou, et. al.
  • Organizer: The 4th Conference of the Asian Consortium on Computational Material Science (ACCMS-4)
  • Place of Presentation: Korea Institute of Science and Technology, Seoul, Korea
  • Year and Date: 2007-09-15