熱輸送特性と不純物特性の制御による高性能Siナノ細線トランジスタの設計指針の確立

• 研究課題/領域番号: 15H03997
• 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: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 内田 建 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (30446900)
• 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: 16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円); 2017年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2016年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円); 2015年度: 7,540千円 (直接経費: 5,800千円、間接経費: 1,740千円)
• キーワード: ナノ構造 / 不純物 / イオン化エネルギー / 量子効果 / 誘電率 / 熱伝導率測定 / ナノデバイス / トランジスタ / 熱輸送 / 量子閉じ込め

研究成果の概要

ナノ構造半導体において，サイズ縮小に伴いドナー不純物のイオン化エネルギーが大きくなることを明らかにした．Siナノシートにおいては，実験的にイオン化エネルギーの増大と臨界不純物濃度の高濃度化を確認しモデル化することに成功した．Siナノワイヤーにおいては，不純物準位を計算によって求めるだけでなく，不純物がナノワイヤ周辺にあるほど，Siナノ細線トンネルトランジスタの性能が向上することを明らかにした．また，原子層堆積法で成膜したアルミナ薄膜の熱伝導率を高精度で測定した．アニールを施すことにより，堆積直後よりも熱伝導率が倍程度良くなることが明らかになった．今後，この熱的知見をデバイス設計に展開していく．

研究成果

• [雑誌論文] Numerical analysis of band tails in nanowires and their effects on the performance of tunneling field-effect transistors (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Tanaka and K. Uchida
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 57
  • NAID: 210000149147
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct Evaluation of Self-Heating Effects in Bulk and Ultra-Thin BOX SOI MOSFETs Using Four-Terminal Gate Resistance Technique (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Takahashi, T. Matsuki, T. Shinada, Y. Inoue, and K. Uchida
  • 雑誌名: IEEE J. Electron Devices Soc. 巻: 4 号: 5 ページ: 365-373
  • DOI: 10.1109/jeds.2016.2568261
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Experimental Study on Deformation Potential (Dac) in MOSFETs: Demonstration of Increased Dac at MOS Interfaces and Its Impact on Electron Mobility (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Ohashi, T. Tanaka, T. Takahashi, S. Oda, and K. Uchida
  • 雑誌名: IEEE J. Electron Devices Soc. 巻: 4 号: 5 ページ: 278-285
  • DOI: 10.1109/jeds.2016.2581217
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Deionization of dopants in silicon nanofilms even with donor concentration of greater than 1E19 cm-3 (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Tanaka, Y. Kurosawa, N. Kadotani, T. Takahashi, S. Oda, and K. Uchida
  • 雑誌名: Nano Letters 巻: 16 号: 2 ページ: 1143-1149
  • DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b04406
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] ナノワイヤ中の不純物によるバンドテールがトンネルFETに与える影響の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 田中貴久，内田建
  • 学会等名: 第65回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Numerical analysis of band tailing and electron transport near conduction band edge in doped Si nanowires (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Tanaka and K. Uchida
  • 学会等名: The 30th International Microprocess and Nanotechnology Conference
  • 国際学会
• [学会発表] 誘電率ミスマッチによる高ドープ Si 薄膜中の不純物のイオン化エネルギー上昇の解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 田中貴久，高橋綱己，内田建
  • 学会等名: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東京工業大学（東京都・目黒区）
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] Thermal-Aware CMOS: Challenges for Future Technology and Design Evolution (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Uchida
  • 学会等名: European Solid-State Device Research Conference (ESSDER)
  • 発表場所: Lausanne, Switzerland
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 内田研究室Webページ
  • URL: http://www.ssn.elec.keio.ac.jp
• [備考] 慶應義塾大学 内田研究室
  • URL: http://www.ssn.elec.keio.ac.jp