単原子層FETデバイスにおける電子間クーロン相互作用と室温動作特性の予測

• 研究課題/領域番号: 15H03983
• 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: 電子デバイス・電子機器
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 佐野 伸行 筑波大学, 数理物質系, 教授 (90282334)
• 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: 16,380千円 (直接経費: 12,600千円、間接経費: 3,780千円); 2017年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2016年度: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円); 2015年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
• キーワード: 先端機能デバイス / デバイスシミュレーション / モンテカルロ法 / 単原子層 / 特性ばらつき / クーロン相互作用 / 離散不純物 / 高電界効果 / FET / 電子デバイス・機器 / マイクロ・ナノデバイス / 半導体物性 / ナノ構造 / 低次元系

研究成果の概要

チャネル領域に単原子層（MoS2）を用いたFET構造のモンテカルロ・シミュレータを構築した。高エネルギー電子状態を精度よく反映させるために、従来のK-valleyだけでなく、有効質量の異方性を正確に導入した高エネルギーQ-valleyを導入した。また、高エネルギー電子によって生じる熱と格子との熱輸送を考慮したモンテカルロ・シミュレーションにより、高電界下での温度を自己無撞着に求め、実験的に観測されている温度と良い一致を示すことを見出した。また、デバイスシミュレーションの理論的枠組みの中での長さのスケールに不整合があり、これを解決する離散不純物モデルを提案した。

研究成果

• [国際共同研究] ETH Zurich(Switzerland)
• [国際共同研究] Stanford University(米国)
• [国際共同研究] University of Modena/University of Bologna(Italy)
• [国際共同研究] Stanford University(U.S.A.)
• [国際共同研究] ETH Zurich(Switzerland)
• [国際共同研究] University of Modena/University of Bologna(Italy)
• [国際共同研究] Swiss Federal Institute of Technology(スイス)
• [雑誌論文] Variability and self-average of impurity-limited resistance in quasi-one dimensional nanowires (2017)
  • 著者名/発表者名: Sano Nobuyuki
  • 雑誌名: Solid State Electronics 巻: 128 ページ: 25-30
  • DOI: 10.1016/j.sse.2016.10.016
  • 査読あり
• [雑誌論文] Determination of band profiles in GaN films using hard X-ray photoelectron spectroscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: Shinji Saito, Masahiko Yoshiki, Shinya Nunoue and Nobuyuki Sano
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 56 号: 2 ページ: 021003-021003
  • DOI: 10.7567/jjap.56.021003
  • NAID: 210000147416
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phase interference due to multiple impurities and space-average resistance in quasi-one-dimensional nanowires (2016)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Sano and Akiko Ueda
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 9 号: 2 ページ: 025001-025001
  • DOI: 10.7567/apex.9.025001
  • NAID: 120007129616
  • 査読あり
• [雑誌論文] Self-consistent device simulation of a-Si pin solar cells and energy resolution analyses of capture and emission processes (2016)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Azuma、Yoshida Katsuhisa、Sano Nobuyuki
  • 雑誌名: J. Comp. Electron. 巻: 15 号: 4 ページ: 1554-1562
  • DOI: 10.1007/s10825-016-0915-1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Impurity-limited resistance and phase interference of localized impurities under quasi-one dimensional nano-structures (2015)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Sano
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. 巻: 118 号: 24
  • DOI: 10.1063/1.4938392
  • NAID: 120007129773
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Enhanced impurity-limited mobility in ultra-scaled Si nanowire junctionless field-effect transistors (2015)
  • 著者名/発表者名: Akiko Ueda, Mathieu Luisier, and Nobuyuki Sano
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 107 号: 25
  • DOI: 10.1063/1.4937901
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Conduction and Spin Transport via Edge States in Randomly Hydrogenated Graphene Nano-Ribbon (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Inuzuka, S. Honda, and N. Sano
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: 5
  • DOI: 10.7566/jpscp.5.011016
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Correlation effects of localized impurities on electron transport under 1-D nanostructures (2015)
  • 著者名/発表者名: N. Sano, M. R. Zulhidza, Y. Kaneno, S. Honda, A. Ueda, and K. Yoshida
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 647 ページ: 012028-012028
  • DOI: 10.1088/1742-6596/647/1/012028
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Physical Issues in Device Modeling: Length-Scale, Disorder, and Phase Interference (2017)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Sano
  • 学会等名: International Conference on Simulation Semiconductor Processes and Devices (SISPAD2017)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Variability and Self-Average of Impurity-limited Resistance in Semiconductor Nanowires (2017)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Sano
  • 学会等名: 7th Annual World Congress of Nano Science & Technology-2017 (Nano S&T-2017),
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 不純物の離散性に伴った半導体デバイスモデリングの基本的側面 -ランダム不純物ばらつきと自己平均化- (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐野伸行
  • 学会等名: 電子情報通信学会 シリコン材料・デバイス(SDM)研究会集会
  • 招待講演
• [学会発表] Fundamental Aspects of Discrete Impurity Model for Nano-Scale Device Simulations (2017)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Sano
  • 学会等名: Seminar on Noise and Reliability in Silicon Electronics (NCTU)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] モンテカルロ・デバイスシミュレーションの基本的側面と応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐野伸行
  • 学会等名: 第3回CDMSI（ポスト「京」重点課題（７））シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 微細構造デバイスシミュレーションにおける局所的な乱れによるポテンシャルゆらぎの物理的側面 (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐野伸行
  • 学会等名: 第65回応用物理学会春季学術講演会 シンポジウム「デバイスシミュレーション技術の活用と将来展望」
  • 招待講演
• [学会発表] Space-Average Impurity-Limited Resistance and Self-Averaging in Quasi-1D Nanowires (2016)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Sano
  • 学会等名: 2016 Joint International EUROSOI Workshop and International Conference on Ultimate Integration on Silicon (EUROSOI-ULIS 2016)
  • 国際学会
• [学会発表] Large Mobility Modulation Due to Discrete Impurities in Nanowires (2016)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Sano
  • 学会等名: 230th Electrochemical Society Meeting (PRiME 2016/230th ECS Meeting)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Self-Consistent Monte-Carlo Simulations for Modern Electron Devices (2016)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Sano
  • 学会等名: International Conference on Solid State Materials and Devices (SSDM-2016), Short Course
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] フルバンドモンテカルロ法によるアバランシェ破壊解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 鎌倉良成, 藤田流星, 小長晃輔, 上岡良季, 小谷岳生, 森伸也, 鍾菁廣, 小田中紳二, 廣木彰, 佐野伸行
  • 学会等名: 第２回CDMSI シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] ナノワイヤ構造におけるイオン化不純物散乱：結合定数と位相干渉 (2015)
  • 著者名/発表者名: 金野有治、植田暁子、佐野伸行
  • 学会等名: 秋季第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, 愛知県名古屋市
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] 量子ドット中間バンド型太陽電池における連続トンネルの影響 (2015)
  • 著者名/発表者名: 吉田勝尚、岡田至崇、佐野伸行
  • 学会等名: 秋季第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, 愛知県名古屋市
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] ジャンクションレスナノワイヤFETにおける移動度 (2015)
  • 著者名/発表者名: 植田暁子、Mathieu Luisier、佐野伸行
  • 学会等名: 秋季第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, 愛知県名古屋市
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] Correlation effects of localized impurities on electron transport under 1-D nanostructures (2015)
  • 著者名/発表者名: N. Sano, M. R. Zulhidza, Y. Kaneno, S. Honda, A. Ueda, and K. Yoshida
  • 学会等名: 19th International Conference on Electron Dynamics in Semiconductors, Optoelectronics and Nanostructures (EDISON-19)
  • 発表場所: Salamanca, Spain
  • 年月日: 2015-06-29
  • 国際学会
• [学会発表] A New Departure in Graduate Honors Program at University of Tsukuba (2015)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Sano
  • 学会等名: Eleventh International Nanotechnology Conference on Communication and Cooperation (INC 11)
  • 発表場所: Hilton Fukuoka Sea Hawk, Fukuoka Fukuoka
  • 年月日: 2015-05-11
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] デバイス物理研究室
  • URL: http://www.bk.tsukuba.ac.jp/~dev-phys
• [備考] デバイス物理研究室
  • URL: http://www.bk.tsukuba.ac.jp/~dev-phys/