2021 Fiscal Year Annual Research Report
Clarification of interface formation and electronic properties of power semiconductors through quantum theoretical computics
| Project/Area Number |
18H03873
|
|---|
| Research Institution | Nagoya University |
|---|
Principal Investigator |
押山 淳 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 特任教授 (80143361)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
洗平 昌晃 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 助教 (20537427)
松下 雄一郎 東京工業大学, 物質・情報卓越教育院, 特任准教授 (90762336)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
|
| Keywords | コンピューティクス / 密度汎関数理論 / デバイス界面 / 原子反応 / エピタキシャル成長 / 深層学習 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本課題においては、大規模長時間シミュレーションを可能にする計算手法の開発と、それを用いたパワー半導体界面形成機構と電子物性の解明、の二点を研究目的としている。
第一の手法開発については、深層学習（ニューラルネットワーク：NN）と密度汎関数理論（DFT）を結合させた新手法、Orbital-Free DFT （OFDFT）手法、を完成させた。これはDFTでの運動エネルギー汎関数T[n]の表式（ここでn(r)は電子密度）を、NNを用いて新たに生み出し、それにより従来手法である軌道（orbital）を用いた計算方式を革新し、計算時間をターゲットサイズNに比例するように高速化（オーダーN計算）する手法である。実際、固体ダイヤモンドの構造物性を教師データとして新たな汎関数を開発し、他の24の物質群（原子、分子、半導体、金属、イオン性物質）の構造的性質を高精度で再現することに成功した。また、計算時間もオーダーNであることを実証した。成果はPhys Rev Research誌に公表された。
第二の物質計算の側面では、1) パワー半導体GaN、SiCのエピタキシャル成長機構の原子スケールでの解明、2) GaN-MOS デバイスの最適ゲート絶縁膜の探索、3) SiC上グラフェン生成機構の原子スケールでの解明、を中心に計算が実行された。1)では成長表面上での比較的に弱いGa-Gaボンドが成長のホットスポットになること、2)では、アルミナとシリカの混合酸化膜AlSiOがGaNとのきれいな界面を形成すること、3)ではSiC上Siが選択的に脱離してグラフェンが生成されること、が明らかとなった。結果は、Phys Rev Materials誌、J. App. Phys. 誌等で公表され、第31回半導体中欠陥国際会議、第20回MOVPE国際会議等で招待講演として発表された。
|
| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
|
| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
|
