ナノ構造デバイスシミュレーションにおける量子補正多粒子モンテカルロ法に関する研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13750061
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 土屋 英昭 神戸大学, 工学部, 助手 (80252790)
• Keywords: ナノ構造デバイス / モンテカルロシミュレーション / 量子力学的効果 / 量子力学的補正 / ナノスケールMOSFET / 粒子・波動二重性

Research Abstract

半導体の結晶成長技術と微細加工技術の進歩により実現した極微細なナノ構造では,電子の波動性と粒子性という量子力学の最も基本的な性質がデバイス特性に顔を出す。極限微小構造の研究の背景には,基礎物性物理において新しい基本概念を生み出すといった学問的な興味だけでなく,従来のエレクトロニクスに見られる限界,すなわち大規模半導体集積回路(LSI)の微細化限界を克服する新しいデバイスの出現や,半導体レーザの性能向上の限界を打ち破る新技術としての期待がある。このような次世代ナノ構造デバイスの輸送現象を解明し実用的な設計ツールを作り上げるためには,デバイスシミュレータも既存の古典モデルから新しい量子力学的モデルに変化する時代を迎えている。本研究課題では,筆者が提案する「量子補正多粒子モンテカルロ法」をナノ構造デバイスに適用し,量子力学的効果の粒子表現について詳しく検討するとともに,ナノスケールMOSFETの量子シミュレーションに応用して,量子効果の影響やLSIデバイスの微細化限界について研究することを目的としている。
平成13年度は、電子輸送における量子力学的ポテンシャル補正の役割とそのモデル化について研究を行った。特に,筆者が提案する量子補正ポテンシャルで,従来無視されていた運動量を考慮できるより厳密なモデルを提案した。従来モデルに比べて,量子化エネルギー準位やトンネル効果の正確な計算が可能になった。更に,量子補正多粒子モンテカルロ法を25nmゲート長のMOSFETへ適用した。反転層電子の量子化に関してシュレディンガー方程式による厳密解との比較を行い,本手法の妥当性と有用性を実証することに成功した。これらの成果を基にして,来年度は,サブスレッショルド特性やゲート漏れ電流等のMOSFET動作特性における量子効果の影響を解析・評価し,次世代ナノスケールMOSFETの実現へ向けた研究を進める予定である。

Research Products

• [Publications] Hideaki Tsuchiya: "A Particle Description Model for Quantum Tunneling Effects"Journal of Computational Electronics. (2002)
• [Publications] Brian Winstead: "Quantum Corrections for Monte Carlo Simulation"Journal of Computational Electronics. (2002)
• [Publications] Hideaki Tsuchiya: "Particle Description Model for Quantum Transport Behavior of Electron Wave"Proceedings of Progress in Electromagnetics Research Symposium. 400 (2001)