2020 Fiscal Year Annual Research Report

２次元材料を用いたトンネルトランジスタの量子輸送シミュレーション

Research Project

Project/Area Number	19J10329
Research Institution	Osaka University
Principal Investigator	橋本風渡大阪大学, 工学研究科, 特別研究員(PD)
Project Period (FY)	2019-04-25 – 2021-03-31
Keywords	2次元材料 / 遷移金属ダイカルコゲナイド / トンネル電界効果トランジスタ / 非平衡グリーン関数法 / 強結合近似法 / デバイスシミュレータ / 量子輸送 / バンド間トンネル
Outline of Annual Research Achievements	2次元材料を用いたトンネル電界効果トランジスタの量子輸送デバイスシミュレータを開発することを目的として，本年度は，単層の遷移金属ダイカルコゲナイドにおける面内トンネル電流の解析を行い，トンネル電流の材料依存性および結晶構造依存性を明らかにした．具体的には，1年目に開発した層間トンネル解析シミュレータを改良し，単層2次元材料における面内トンネル電流の解析を可能にした．また，水素終端されたナノリボン構造の強結合近似モデルの構築をおこない，バルク構造とナノリボン構造における面内トンネル電流の違いを解析した．そして，間接遷移型のバンドギャップを持つナノリボン構造は，直接遷移型のバンドギャップを持つバルク構造よりもバンド間トンネル電流の値が大幅に小さくなることを明らかにした．以上の解析結果と構築した強結合近似モデルは，トンネル電界効果トランジスタのチャネル結晶構造によるデバイス特性の変化を予測する上で重要なものである．ナノリボン構造においては，サテライトバレーの効果により，二テルル化タングステンおよび二テルル化モリブデンが高いトンネル電流値を示すことがわかった．バルク構造においては，二テルル化タングステンが最も高い値を示し，材料によるトンネル電流量の違いが，トンネル質量とバンドギャップの値から説明できることを解明した．以上のように，2次元材料を用いたトンネル電界効果トランジスタのシミュレータを開発し，結晶構造依存性および材料依存性を解析することに成功した．この解析結果は，2次元材料を用いたトンネル電界効果トランジスタを実現するためのデバイス設計の指針を与えるものであると考えている．
Research Progress Status	令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
Strategy for Future Research Activity	令和2年度が最終年度であるため、記入しない。