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異種酸化物界面の分極を予測するマテリアル・インフォマティクスの開拓

研究課題

研究課題/領域番号 15H03979
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 電子・電気材料工学
研究機関早稲田大学

研究代表者

渡邉 孝信  早稲田大学, 理工学術院, 教授 (00367153)

連携研究者 喜多 浩之  東京大学, 大学院・工学系研究科, 准教授 (00343145)
研究協力者 費 嘉陽  
橋本 修一郎  
富田 基裕  
志村 昂亮  
功刀 遼太  
中根 滉稀  
中川 宣拓  
高橋 憶人  
PEREA CAUSIN Marc  
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円)
2017年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2016年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2015年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円)
キーワード電子・電気材料 / 計算物理 / 表面・界面物性 / ナノ材料
研究成果の概要

Si-CMOSデバイスに導入された高誘電率(high-k)ゲート絶縁膜で問題となっている、high-k絶縁膜と異種酸化物界面の電気的ダイポール層の形成メカニズムを、分子動力学シミュレーションと実験測定で明らかにした。酸素密度差緩和モデルで説明できた現象は、酸素イオンの芯同士の反発相互作用で引き起こされることが判明した。さらに、酸素イオンの移動だけでなく、金属カチオンの移動もダイポールの方向を決定する重要な因子であることも明らかにされた。また、多元酸化物の界面分極をニューラルネットモデルを用いて予測する発見的手法を開発し、その有効性を明らかにした。

報告書

(4件)
  • 2017 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (35件)

すべて 2018 2017 2016 2015 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (28件) (うち国際学会 17件、 招待講演 4件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Molecular Dynamics of Dipole Layer Formation at High-k/SiO2Interface2017

    • 著者名/発表者名
      Watanabe Takanobu
    • 雑誌名

      ECS Transactions

      巻: 80 号: 1 ページ: 313-325

    • DOI

      10.1149/08001.0313ecst

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Driving force of oxygen ion migration across high‐k/SiO2 interface2017

    • 著者名/発表者名
      Ryota Kunugi, Nobuhiro Nakagawa, Takanobu Watanabe
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 10 号: 3 ページ: 0315011-4

    • DOI

      10.7567/apex.10.031501

    • NAID

      210000135779

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Anomalous flatband voltage shift of AlFxOy/Al2O3 MOS capacitors: A consideration on dipole layer formation at dielectric interfaces with different anions2017

    • 著者名/発表者名
      Jiayang Fei, Ryota Kunugi, Takanobu Watanabe, and Koji Kita
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 110 号: 16 ページ: 1629071-6

    • DOI

      10.1063/1.4980059

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Positive and Negative Dipole Layer Formation at High-k/SiO2 Interfaces Simulated by Classical Molecular Dynamics2016

    • 著者名/発表者名
      Kosuke Shimura, Ryota Kunugi, Atsushi Ogura, Shinichi Satoh, Jiayang Fei, Koji Kita, Takanobu Watanabe
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 55 号: 4S ページ: 04EB03-04EB03

    • DOI

      10.7567/jjap.55.04eb03

    • NAID

      210000146271

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Understanding the impact of interface reaction on dipole strength at MgO/SiO2 and Y2O3/SiO2 interfaces2016

    • 著者名/発表者名
      Jiayang Fei and Koji Kita
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 55 号: 4S ページ: 04EB11-04EB11

    • DOI

      10.7567/jjap.55.04eb11

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 分子動力学計算による異種酸化物界面のダイポール形成機構に関する考察2018

    • 著者名/発表者名
      金丸 翔太, 中川 宣拓, 高橋 憶人, 渡邉 孝信
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] alency of cation rather than Oxygen Density may govern the Dipole Moment at high-k/SiO2 interfaces2018

    • 著者名/発表者名
      Marc Perea, Okuto Takahashi, Koki Nakane, Nobuhiro Nagasawa, Takanobu Watanabe
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 分子動力学計算によるAlOxNy/SiO2界面におけるダイポール形成メカニズムの考察2017

    • 著者名/発表者名
      高橋 憶人, 功刀 遼太, 中川 宣拓, 渡邉 孝信
    • 学会等名
      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜
    • 年月日
      2017-03-15
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] High-k/SiO2界面における酸素イオン移動の駆動力2017

    • 著者名/発表者名
      功刀 遼太, 中川 宣拓, 渡邉 孝信
    • 学会等名
      「電子デバイス界面テクノロジー研究会 ―材料・プロセス・デバイス特性の物理―」 (第22回研究会)
    • 発表場所
      東レ研修センター(静岡県三島市)
    • 年月日
      2017-01-20
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Machine Learning of Interfacial Dipole Moments Between Multicomponent Oxide Films by Neural Network Model2017

    • 著者名/発表者名
      Koki Nakane, Motohiro Tomita, Takanobu Watanabe
    • 学会等名
      2017 International Workshop on DIELECTRIC THIN FILMS FOR FUTURE ELECTRON DEVICES: SCIENCE AND TECHNOLOGY(IWDTF 2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Computational Experiment on Dipole Formation at High-k/SiO2 Interface Using Virtual Oxide Models2017

    • 著者名/発表者名
      Nobuhiro Nakagawa, Okuto Takahashi, Takanobu Watanabe
    • 学会等名
      2017 International Workshop on DIELECTRIC THIN FILMS FOR FUTURE ELECTRON DEVICES: SCIENCE AND TECHNOLOGY(IWDTF 2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Investigation of Dipole Formation at AlOxNy/SiO2 interface by MD simulation2017

    • 著者名/発表者名
      Okuto Takahashi, Nobuhiro Nakagawa, Motohiro Tomita, Takanobu Watanabe
    • 学会等名
      2017 International Workshop on DIELECTRIC THIN FILMS FOR FUTURE ELECTRON DEVICES: SCIENCE AND TECHNOLOGY(IWDTF 2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Molecular Dynamics of Dipole Layer Formation at High-k/SiO2 Interface2017

    • 著者名/発表者名
      Takanobu Watanabe
    • 学会等名
      232nd ECS MEETING
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Formation Mechanisms of Gate Oxide Films2017

    • 著者名/発表者名
      Takanobu Watanabe
    • 学会等名
      2017 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM 2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ニューラルネットワークを用いた多元酸化物界面のダイポールモーメントの予測2017

    • 著者名/発表者名
      中根 滉稀, 富田基裕, 渡邉 孝信
    • 学会等名
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 分子動力学計算によるAlOxNy/SiO2界面におけるダイポール形成の駆動力の調査2017

    • 著者名/発表者名
      高橋 憶人, , 中川 宣託, 富田 基裕, 渡邉 孝信
    • 学会等名
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Molecular Dynamics study on Dipole Layer Formation at High-k/SiO2 Interface: -Possibility of Oxygen Ion Migration Induced by the Imbalance of Multipole Potentials-2016

    • 著者名/発表者名
      Ryota Kunugi, Nobuhiro Nakagawa, Takanobu Watanabe
    • 学会等名
      the 29th International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC 2016)
    • 発表場所
      ANA CROWNE PLAZA KYOTO
    • 年月日
      2016-11-11
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Atomistic Origin of Dipole Layer at High-k/SiO2 Interface2016

    • 著者名/発表者名
      Takanobu Watanabe
    • 学会等名
      13th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures (ACSIN-13)
    • 発表場所
      Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Rome, Italy
    • 年月日
      2016-10-10
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Molecular Dynamics Simulations on the Formation of Dielectric Thin Films and Interface Properties2016

    • 著者名/発表者名
      Takanobu Watanabe
    • 学会等名
      2016 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM 2016), Short Course
    • 発表場所
      つくば国際会議場
    • 年月日
      2016-09-26
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ニューラルネットによるHigh-k/SiO2界面分極の予測能力2016

    • 著者名/発表者名
      中根 滉稀, 功刀 遼太, 富田 基裕, 渡邉 孝信
    • 学会等名
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      朱鷺メッセ, 新潟
    • 年月日
      2016-09-15
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] High-k/SiO2界面におけるダイポール形成メカニズムの考察 -多重極子ポテンシャル差による酸素イオン移動の可能性-2016

    • 著者名/発表者名
      功刀 遼太, 中川 宣拓, 渡邉 孝信
    • 学会等名
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      朱鷺メッセ, 新潟
    • 年月日
      2016-09-15
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Consideration on the Origin of Dipole Layer Formation at Dielectric Interfaces with Different Anions2016

    • 著者名/発表者名
      Jiayang Fei, Ryota Kunugi, Takanobu Watanabe, Koji Kita
    • 学会等名
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      朱鷺メッセ, 新潟
    • 年月日
      2016-09-15
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Anomalous Flatband Voltage Shift of AlFxOy/Al2O3 MOS Capacitors: Dipole Layer Formation at Dielectric Interfaces with Different Anions2016

    • 著者名/発表者名
      Jiayang Fei and Koji Kita
    • 学会等名
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東工大大岡山キャンパス
    • 年月日
      2016-03-20
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] ニューラルネットワークを用いたナノデバイス特性の機械学習2016

    • 著者名/発表者名
      古林 せなみ, 中根 滉稀, 小川 雄己, 富田 基裕, 渡邉 孝信
    • 学会等名
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東工大大岡山キャンパス
    • 年月日
      2016-03-19
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 分子動力学法によるhigh-k/SiO2界面ダイポールのアニール温度依存性の検討2016

    • 著者名/発表者名
      功刀 遼太, 志村 昴亮, 中川 宣拓, 渡邉 孝信
    • 学会等名
      電子デバイス界面テクノロジー研究会
    • 発表場所
      東レ研修センター
    • 年月日
      2016-01-22
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] SiC の酸化シミュレーションのための超離散ダイ ナミックボンドオーダー・ポテンシャルの開発2015

    • 著者名/発表者名
      橋本 修一郎, 渡邉 孝信
    • 学会等名
      第 29 回分子シミュレーション討論会
    • 発表場所
      新潟朱鷺メッセ
    • 年月日
      2015-12-01
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] A New Reactive Force Field for Study on the Formation of SiC/SiO2 Interface2015

    • 著者名/発表者名
      Shuichiro Hashimoto, and Takanobu Watanabe
    • 学会等名
      2015 International Workshop on Dielectric Thin Films For Future Electron Devices: Science and Technology (IWDTF 2015)
    • 発表場所
      日本科学未来館
    • 年月日
      2015-11-04
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Molecular Dynamics Study on Dipole Layer Formation at MgxAlyOx+1.5y/SiO2 Interfaces2015

    • 著者名/発表者名
      Ryota Kunugi, Kosuke Shimura, Takanobu Watanabe
    • 学会等名
      2015 International Workshop on Dielectric Thin Films For Future Electron Devices: Science and Technology (IWDTF 2015)
    • 発表場所
      日本科学未来館
    • 年月日
      2015-11-02
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Consideration on the Origin of Dipole Layer Formation at Chemically Reactive and Non-Reactive Oxide/SiO2 Interfaces2015

    • 著者名/発表者名
      Jiayang Fei and Koji Kita
    • 学会等名
      2015 International Workshop on Dielectric Thin Films For Future Electron Devices: Science and Technology (IWDTF 2015)
    • 発表場所
      日本科学未来館
    • 年月日
      2015-11-02
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Positive and Negative Dipole Layer Formation at High-k/SiO2 Interfaces Simulated by Classical Molecular Dynamics2015

    • 著者名/発表者名
      Kosuke Shimura, Ryota Kunugi, Atsushi Ogura, Shinichi Satoh, Jiayang Fei, Koji Kita, and Takanobu Watanabe
    • 学会等名
      2015 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM 2015)
    • 発表場所
      Sapporo Convention Center, Sapporo
    • 年月日
      2015-09-29
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Understanding on the Impact of Interface Reactions on Dipole Strengths at MgO/SiO2 and Y2O3/SiO2 Interfaces2015

    • 著者名/発表者名
      Jiayang Fei and Koji Kita
    • 学会等名
      2015 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM 2015)
    • 発表場所
      Sapporo Convention Center, Sapporo
    • 年月日
      2015-09-29
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] SiC/SiO2界面モデリングのためのダイナミックボンドオーダー・ポテンシャルの開発2015

    • 著者名/発表者名
      橋本修一郎, 渡邉孝信
    • 学会等名
      第76回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場
    • 年月日
      2015-09-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 有効電荷ポテンシャルを用いた分子動力学シミュレーションによるhigh-k/SiO2界面ダイポールの定量的再現2015

    • 著者名/発表者名
      功刀 遼太, 志村 昴亮, 渡邉 孝信
    • 学会等名
      第76回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場
    • 年月日
      2015-09-13
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [備考] High-k絶縁膜シミュレーション

    • URL

      https://www.watanabe-lab.jp/dipole.html

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [備考] High-k絶縁膜シミュレーション

    • URL

      http://www.watanabe.nano.waseda.ac.jp/dipole.html

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書

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公開日: 2015-04-16   更新日: 2019-03-29  

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