2010 Fiscal Year Annual Research Report
単一不純物制御シリコンナノエレクトロニクスに向けた原子スケール設計・評価技術創製
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22310085
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
水田 博 静岡大学, 電子工学研究所, 客員教授 (90372458)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田部 道晴 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (80262799)
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| Keywords | ナノデバイス / 不純物 / 第一原理計算 |
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| Research Abstract |
More Moore型シリコンナノエレクトロニクスの今後の進展において最も深刻な課題となっている微細CMOSの少数ランダムドーパント揺らぎの問題に対し、密度汎関数理論と非平衡グリーン関数法に基づく第一原理シミュレーションを用い、シリコンナノロッド素子内でのドーパント原子の安定位置、および電子輸送特性との相関について解析を行った。今回の解析では、単一リンおよびボロン原子を有する直径1nm・長さ2nm(<110>方向)のシリコンナノロッド(表面は水素終端)を金ナノ電極(111)で挟んだ素子構造を用いた。単一ドーパント原子の位置を、ナノロッド中心から、(1)ロッド側面に向かう方向(Y方向)、および(2)ロッド端に向かう方向(Z方向)に移動させながら構造緩和計算を行い、形成エネルギーを計算することで構造安定性を解析した。その結果、ドーパント原子をY方向に動かした場合は、ロッド側面からシリコン1原子層内側の位置で形成エネルギーが極小となることから、これが安定位置であることがわかった。この結果は,シリコンナノドットに対してCantle等が報告している結果[1]と基本的に一致している。一方、Z方向に移動させた場合には、ロッド端近傍でドーパント原子に近接するシリコン・水素原子の顕著な位置の変化とともに形成エネルギーの大きな低下が見られた。更に、構造緩和計算の後、電子の状態密度および透過係数を計算し、単一ドーパントの位置とスペクトルの相関を解析した。リン原子をロッド中心に配置した場合、状態密度と透過係数にはフェルミ準位付近にピークが生じるが、リン原子をソース電極に向けてシフトするにつれて透過係数のピーク値は減少し、ロッド端からシリコン3原子内側の位置まで移動したところでピークはほぼ消失した。これはリン原子-ドレイン電極間距離の増大に伴い、トンネル確率が大きく低下したことによるものと考えられる。
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