2008 Fiscal Year Annual Research Report
量子ダイナミクスに基づく半導体デバイス界面におけるトンネル現象の理論的考察
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20760019
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
村口 正和 Tohoku University, 学際科学国際高等研究センター, 教育研究支援者 (90386623)
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| Keywords | 量子ダイナミクス / トンネル現象 / 電子ガス / ナノ構造 / ナノドット |
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| Research Abstract |
本研究では、次世代の半導体デバイスの中核技術となる荷電担体のトンネル制御の指針を与えることを目的として、量子ダイナミクスの立場から半導体デバイス中の界面における電子のトンネル過程を探求している。本年度は、その中でもっとも基礎となる半導体デバイス界面の電子トンネルの素過程の検討を行った。具体的には、SiナノドットフローティングゲートメモリーにおけるSiナノドットへのトンネルによる電荷注入過程を検討し、この系において見出された、直接トンネル領域における注入電圧の温度依存性の起源を解明することを目指した。本研究では、従来のトンネル現象に対する研究では重要視されてこなかった、電子ガス中の過渡的な電子状態がトンネルに与える影響に着目した。電子ガス中での電子状態は、不純物やフォノンなどによる散乱に伴い、フェムト秒からピコ秒の間の極短時間の時間スケールで大きくその状態を変えており、これらの影響が電子のトンネル過程に与える影響は非常に大きいと考えた。上記の視点の下に、電子のトンネル過程の検討を行った。その結果、電子ガス中の電子の時間的・空間的ゆらぎにより、Siナノドット直下で過渡的な電子状態が形成されたときに電子のトンネル確率が飛躍的に増大し、トンネルが起こるというモデルを提案した。また、このモデルによりトンネルの温度依存性を説明可能であることも同時に示すことに成功した。この結果は、ナノ構造への電荷注入の素過程においては、従来重要視されてこなかった、電極中の電子状態が極めて重要となることを示しており、将来のナノスケールサイズのデバイスにおける電荷注入過程の制御にとって、大きな意義を持つ結果である。
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