量子格子気体模型の古典計算機によるエミュレーションとそのナノデバイス解析への応用

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15760242
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 鎌倉 良成 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (70294022)
• Keywords: 量子力学 / セルオートマトン / 時間依存Schrodinger方程式 / 開放境界条件 / 量子格子気体 / トンネリング / 界面凹凸 / シミュレーション

Research Abstract

量子格子気体オートマトン(QLGA)法を微細電子デバイス解析に用いる際必要となる開放境界条件アルゴリズムを新たに考案し、MOSFET中の電子波伝播解析に応用した。
QLGAは時間依存Schrodinger方程式をセルオートマトンにより解くシミュレーション方式である。本手法の研究は、世界的にはいまだ基礎段階にあり、これまでの報告では、いずれも単純な周期的境界条件のみが適用されてきた。ところが、電子デバイス中の電気伝導解析への応用を考えた場合、開放系への波動関数の流入および流出境界条件の設定が必須となる。今回我々は、流出した波動関数が系に及ぼすインパルス応答をあらかじめ計算しておくことで、任意の精度で開放境界条件を満足することのできる算法を新たに考案した。まず、第1の応用例として1次元トンネル問題をシミュレートし、得られた透過係数が解析式による厳密解と一致することを確認した。続いて、界面に凹凸のある障壁に対する2次元トンネル問題を解析し、擬2次元シミュレーション(障壁を多数の短冊に分割し1次元トンネル問題の合成として透過係数を算出)の結果と比較して、より低い透過係数が得られることを示した。界面凹凸による電子散乱が、電子の入射エネルギーを減少させたことが原因として挙げられる。
今回のアルゴリズム提案により、複雑な系形状、多次元化などへの対応が容易なセルオートマトン法を、微細デバイス中のバリスティック電子伝導解析に利用することが可能となった。