2006 Fiscal Year Annual Research Report
第一原理量子論によるナノデバイス材料・界面の物性予測
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18063003
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
白石 賢二 筑波大学, 大学院数理物質科学研究科, 助教授 (20334039)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
押山 淳 筑波大学, 大学院数理物質科学研究科, 教授 (80143361)
BOERO Mauro 筑波大学, 大学院数理物質科学研究科, 助教授 (40361315)
岡田 晋 筑波大学, 大学院数理物質科学研究科, 助教授 (70302388)
BERBER Savas 筑波大学, 大学院数理物質科学研究科, 助手 (90375402)
中山 隆史 千葉大学, 理学部, 教授 (70189075)
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| Keywords | 界面 / 新材料 / 理論 / ナノ物性 / 半導体 / MOSトランジスタ / 量子効果 / 炭素ナノチューブ |
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| Research Abstract |
1.ナノキャパシタンスの量子効果
ポストスケーリング半導体テクノロジーにおいては、ナノ構造での物理量の同定が極めて重要である。中でもキャパシタンスはその一例である。我々は第一原理量子論に基づく、キャパシタンス計算手法を定式化し、二重炭素ナノチューブでのキャパシタンスに応用した。その結果、古典的キャパシタンス値からの大きな増加とキャパシタンスの顕著なバイアス電圧依存性を見出した。
2.ナノ界面でのショットキーバリア
界面におけるショットキーバリア高さはこれまで界面を構成する2種類の物質問に生じる界面電気二重層によって決定されると考えられていた。ところが、MOS半導体デバイスのように、金属/絶縁体/半導体のような3種類の物質が積層構造を作っており、中間に存在する絶縁体の膜厚がナノスケールになってくると、上記の常識が破綻することを理論的に示した。MOS構造を構成する絶縁体は左右両側に2つの界面を有するが、右側の界面で酸化反応がおこり、酸化空孔が生じ、比較的高い位置に酸素空孔準位が存在すると、左側の金属のフェルミレベルが低いときには、酸素空孔準位に存在する電子は左側の金属に流れ込む。このように右界面でおこる酸化反応が、左界面のショットキーバリア高さを支配することがナノスケールの界面では容易に起こりうるという新概念を提案した。本研究結果は、Hf系絶縁膜上の金属ゲートにおいて観測されているフェルミレベルピニングの物理的起源と考えられる。
3.歪みチャネル層における原子空孔
歪みチャネルを用いた高移動度化はポストスケーリングテクノロジーとして極めて重要である。我々は第一原理量子論により、二軸性圧縮歪みを受けたGeチャネル層においては、単原子空孔の形成エネルギーが歪みの無いGeの場合に比べて約1.3eV減少し、ほぼ半分になることを見出した。
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[Journal Article] Effect of Encapsulated Atoms on the Electronic Structure of the Fullerene cage : A Case Study on La_2@C_<78> and Ti_2C_2@C_<78> via Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy2007
Author(s)
S.Hino, M.Kato, D.Yoshimura, H.Moribe, H.Umemoto, Y.Ito, T.Sugai, H.Shinohara, M.Otani, Y.Yoshimoto, S.Okada
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Journal Title
Phys.Rev.B 75
Pages: art. no. 125418
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[Journal Article] Modified Oxygen Vacancy Induced Fermi Level Pinning Model Extendable to P-Metal Pinning2006
Author(s)
Y.Akasaka, G.Nakamura, K.Shiraishi, N.Umezawa, K.Yamabe, O.Ogawa, M.Lee, T.Amiaka, T.Kasuya, H.Watanabe, T.Chikyow, F.Ootsuka, Y.Nara, K.Nakamura
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Journal Title
Jpn.J.Appl.Phys.Part 2 45
Pages: L1289
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[Journal Article] Introduction of defects into HfO_2 gate dielectrics by metal-gate deposition studied using x-ray photoelectron spectroscopy and positron annihilation2006
Author(s)
A.Uedono, T.Naito, T.Otsuka, K.Shiraishi, K.Yamabe, S.Miyazaki, H.Watanabe, N.Umezawa, T.Chikyow, Y.Akasaka, S.Kamiyama, Y.Nara, Yamada
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Journal Title
J.Appl.Phys. 100
Pages: art. No. 064501
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[Journal Article] New Theory of Effective Work Functions at Metal/High-k Dielectric Interfaces-Application to Metal/High-k HfO_2 And La_2O_3 Dielectric Interfaces-2006
Author(s)
K.Shiraishi, T.Nakayama, Y.Akasaka, S.Miyazaki, T.Nakaoka, K.Ohmori, P.Ahmet, K.Torii, H.Watanabe, T.Chikyow, Y.Nara, H.Iwai, K.Yamada
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Journal Title
ECS Transactions 2(1)
Pages: 25
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