第一原理量子輸送計算による高機能界面ナノ構造の設計

• 研究課題/領域番号: 20710078
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: ナノ構造科学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 小野 倫也 大阪大学, 工学研究科, 助教 (80335372)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2010
• 研究課題ステータス: 完了 (2010年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2010年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2009年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2008年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: 第一原理計算 / 電子輸送特性 / 表面・界面 / 界面 / 電子輸送 / 第一原理電子状態計算 / 量子輸送特性 / 分子デバイス / 半導体デバイス

研究概要

量子力学の第一原理に基づく電子輸送特性計算手法と、この計算手法に基づく計算コードを開発した。この計算コードを駆使して、シリコン系トランジスタの基本構成要素として広く使われている酸化シリコン/シリコン界面における界面欠陥とリーク電流の相関を調べた。特に、欠陥構造の違いによるリーク電流量の差異や界面欠陥構造とリーク電流経路の相関、水素シンターなど界面欠陥処理方法のリーク電流抑制に対する効果を評価し、絶縁特性の劣化に深刻な影響を与える界面欠陥構造を特定した。

研究成果

• [雑誌論文] First-Principles Study on Electronic Structure of Dangling Bond at Ge/GeO2 Interfaces (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Ono, S.Saito
  • 雑誌名: Appl. Phys. Exp. 4(2) ページ: 21303-21303
  • 査読あり
• [雑誌論文] First-Principles Study on Structural Properties of GeO2 and SiO2 under Compression and Expansion Pressure (2011)
  • 著者名/発表者名: S.Saito, T.Ono
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl. Phys. 50(2) ページ: 21503-21503
  • NAID: 40018283298
  • 査読あり
• [雑誌論文] First-Principles Study on Electronic Structure of Dangling Bond at Ge/GeO_2 Interfaces (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Ono, S.Saito
  • 雑誌名: Appl.Phys.Exp. 巻: 4
  • NAID: 10027782900
  • 査読あり
• [雑誌論文] First-Principles Study on Structural Properties of GeO_2 and SiO_2 under Compression and Expansion Pressure (2011)
  • 著者名/発表者名: S.Saito, T.Ono
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys. 巻: 50
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electron-Electron Correlations in Square-Well Quantum Dots : Direct Energy Minimization Approach (2011)
  • 著者名/発表者名: H.Goto, K.Hirose
  • 雑誌名: J.Nanosci.Nanotechnol. 巻: 11 ページ: 2997-3004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Time-saving first-principles calculation method for electron transport between jellium electrodes (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Egami, K.Hirose, T.Ono
  • 雑誌名: Phys.Rev.E 巻: 82
  • NAID: 120006984805
  • 査読あり
• [雑誌論文] Real-space electronic-structure calculations with full-potential all-electron precision for transition-metals (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Ono, M.Heide, N.Atodiresei, P.Baumeister, S.Tsukamoto, S.Blugel
  • 雑誌名: Phys.Rev.B 巻: 82
  • 査読あり
• [雑誌論文] First-Principles Study on Magnetic Ordering of Al Infinite Single-row Atomic Wire (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Ota, K.Hirose, T.Ono
  • 雑誌名: J.Phys. : Condens. Matter 21(6)064240 ページ: 1-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] First-principles study on even-odd conductance oscillation of Pt atomic nanowires (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Ono
  • 雑誌名: J.Phys.Chem. C 113(15) ページ: 6256-6260
  • 査読あり
• [雑誌論文] First-principles study of leakage current through a Si/SiO2 interface (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Ono
  • 雑誌名: Phys.Rev. B 79(19)195326 ページ: 1-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] First-principles study to obtain evidence of low interface defect density at Ge/GeO2 interfaces (2009)
  • 著者名/発表者名: S.Saito, T.Hosoi, H.Watanabe, T.Ono
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 95(1)011908 ページ: 1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electronic Polarization of AlN Nanotubes : A First-Principles Study Using Wannier Functions (2009)
  • 著者名/発表者名: S.Saito, T.Ota, J.Otsuka, T.Ono
  • 雑誌名: J.Comput.Theor.Nanosci. 6(12) ページ: 2624-2628
  • 査読あり
• [雑誌論文] Real-Space Calculation Procedures for Electron Transport Properties of Nanostructures-Overbridging Boundary-Matching Method and Impulse-Response Method- (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Ono, K.Hirose, H.Goto
  • 雑誌名: J.Comput.Theor.Nanosci. 6(8) ページ: 1789-1807
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ballistic Electron Transport through Atomic Nanowires (2009)
  • 著者名/発表者名: S.Tsukamoto, Y.Egami, T.Ono
  • 雑誌名: J.Comput.Theor.Nanosci. 6(12) ページ: 2521-2544
  • 査読あり
• [雑誌論文] First-principles study on even-odd conductance oscillation of Pt atomic nanowires (2009)
  • 著者名/発表者名: Tomoya Ono
  • 雑誌名: J.Phys.Chem.C 113 ページ: 6256-6260
  • 査読あり
• [雑誌論文] First-principles study of leakage current through a Si/SiO_2 interface (2009)
  • 著者名/発表者名: Tomoya Ono
  • 雑誌名: Phys.Rev.B 79 ページ: 1953261-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] First-principles study to obtain evidence of low interface defect density at Ge/GeO_2 interfaces (2009)
  • 著者名/発表者名: Shoichiro Saito, Takuji Hosoi, Heiji Watanabe, Tomoya Ono
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 95 ページ: 0119081-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electronic Polarization of AlN Nanotubes : A First-Principles Study Using Wannier Functions (2009)
  • 著者名/発表者名: Shoichiro Saito, Tadashi Ota, Jun Otsuka, Tomoya Ono
  • 雑誌名: J.Comput.Theor.Nanosci. 6 ページ: 2624-2628
  • 査読あり
• [雑誌論文] Real-Space Calculation Procedures for Electron Transport Properties of Nanostructures-Overbridging Boundary-Matching Method and Impulse-Response Method- (2009)
  • 著者名/発表者名: Tomoya Ono, Kikuji Hirose, Hidekazu Goto
  • 雑誌名: J.Comput.Theor.Nanosci. 6 ページ: 1789-1807
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ballistic Electron Transport through Atomic Nanowires (2009)
  • 著者名/発表者名: Shigeru Tsukamoto, Yoshiyuki Egami, Tomoya Ono
  • 雑誌名: J.Comput.Theor.Nanosci. 6 ページ: 2521-2544
  • 査読あり
• [雑誌論文] First-Principles Study on Magnetic Ordering of Al Infinite Single-row Atomic Wire (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Ota, K. Hirose, and T. Ono
  • 雑誌名: J. Phys. : Condens. Matter 21 ページ: 0642401-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] First-principles calculation of electronic polarization of III-V nanotubes (2008)
  • 著者名/発表者名: J.Otsuka, K.Hirose, T.Ono
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 78(3)035426 ページ: 1-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] First-principles study on STM current images of C_2H_2 - adsorbed Si(001) surface (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Egami, T. Ono and K. Hirose
  • 雑誌名: Surface and Interface Analysis 40 ページ: 1067-1070
  • 査読あり
• [雑誌論文] First-principles study on electronic structure of fullerene polymers (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Kitajima, Y. Egami, H. Nakayama, K. Hirose and T. Ono
  • 雑誌名: Surface and Interface Analysis 40 ページ: 1063-1066
  • 査読あり
• [雑誌論文] First-principles calculation of electronic polarization of III-V nanotubes (2008)
  • 著者名/発表者名: J. Otsuka, K. Hirose, and T. Ono
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 78 ページ: 0354261-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Real-space calculations for electron transport properties of nanostructures
  • 著者名/発表者名: T. Ono, S. Tsukamoto, Y. Egami, Y.Fujimoto
  • 雑誌名: J.Phys. : Condens. Matter accepted
  • 査読あり
• [学会発表] 第一原理計算によるSiおよびGe MOS界面原子構造とリーク電流特性の予測 (2011)
  • 著者名/発表者名: 小野倫也
  • 学会等名: ゲートスタック研究会-材料・プロセス・評価の物理
  • 発表場所: Tokyo, Japan
• [学会発表] 第一原理計算によるSi及びGe MOS界面原子構造とリーク電流特性の予測 (2011)
  • 著者名/発表者名: 小野倫也
  • 学会等名: ゲートスタック研究会-材料・プロセス・評価の物理-
  • 発表場所: 東京、日本
• [学会発表] Ab initio Study on Transport Properties of Nanostructures (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Ono
  • 学会等名: Third International Symposium on Atomically Controlled Fabrication Technology
  • 発表場所: Osaka, Japan
  • 年月日: 2010-11-26
• [学会発表] Interaction between Dangling Bonds and Passivants at Ge/GeO2 Interfaces : A Theoretical Study (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Saito, T.Ono
  • 学会等名: Third International Symposium on Atomically Controlled Fabrication Technology
  • 発表場所: Osaka, Japan
  • 年月日: 2010-11-24
• [学会発表] First-principles Study on Spin Polarization of Zigzag Border C/BN Nanotubes (2010)
  • 著者名/発表者名: N.D.Huy, T.Ono
  • 学会等名: Third International Symposium on Atomically Controlled Fabrication Technology
  • 発表場所: Osaka, Japan
  • 年月日: 2010-11-24
• [学会発表] Spin-Orbit Coupling and Noncollinear Magnetism in PAW Density-Functional Calculations (2010)
  • 著者名/発表者名: M.Heide, T.Ono
  • 学会等名: Third International Symposium on Atomically Controlled Fabrication Technology
  • 発表場所: Osaka, Japan
  • 年月日: 2010-11-24
• [学会発表] First-principles study on transport properties of graphene flakes (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Ono, T.Ota
  • 学会等名: ElecMol'10,T7-PC29
  • 発表場所: Grenoble
• [学会発表] Ab initio Study on Transport Properties of Nanostructures (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Ono
  • 学会等名: Third International Symposium on Atomically Controlled Fabrication Technology, 5.4
  • 発表場所: Osaka
• [学会発表] Interaction between Dangling Bonds and Passivants at Ge/GeO2 Interfaces: A Theoretical Study (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Saito, T.Ono
  • 学会等名: Third International Symposium on Atomically Controlled Fabrication Technology, P23
  • 発表場所: Osaka
• [学会発表] First-principles Study on Spin Polarization of Zigzag Border C/BN Nanotubes (2010)
  • 著者名/発表者名: D.H.Nguyen, T.Ono
  • 学会等名: Third International Symposium on Atomically Controlled Fabrication Technology, P44
  • 発表場所: Osaka
• [学会発表] Spin-Orbit Coupling and Noncollinear Magnetism in PAW Density-Functional Calculations (2010)
  • 著者名/発表者名: M.Heide, T.Ono
  • 学会等名: Third International Symposium on Atomically Controlled Fabrication Technology,P61
  • 発表場所: Osaka
• [学会発表] Spin-orbit coupling and noncollinear Magnetism in PAW density-functional calculations (2010)
  • 著者名/発表者名: M.Heide, T.Ono
  • 学会等名: Psi-k Conference 2010, P170
  • 発表場所: Berlin, Germany
• [学会発表] First-principles investigation of defect properties at Ge/GeO2 interfaces (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Saito, T.Ono
  • 学会等名: Psi-k Conference 2010, P562
  • 発表場所: Berlin, Germany
• [学会発表] First-principles analysis on leakage current through Si/SiO2 interface (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Ono
  • 学会等名: Psi-k Conference 2010, P693
  • 発表場所: Berlin, Germany
• [学会発表] Large scale DFT in real-space (2010)
  • 著者名/発表者名: P.Baumeister, D.Wortmann, T.Ono, S.Blugel
  • 学会等名: Psi-k Conference 2010, P721
  • 発表場所: Berlin, Germany
• [学会発表] First-Principles Study on Transport Property of Nanostructures (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Ono
  • 学会等名: International Conference on Core Research and Engineering Science of Advanced Materials (Global COE Program) & Third International Conference on Nanospintronics Design and Realization, 86
  • 発表場所: Osaka, Japan
• [学会発表] Oxidation mechanism at Ge/GeO2 interfaces : An ab initio study (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Saito, T.Hosoi, H.Watanabe, T.Ono
  • 学会等名: 2010 MRS Spring Meeting I3.8
  • 発表場所: San Francisco, USA
• [学会発表] Computational design and evaluation of spintronics materials (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Ono, Daniel Wortmann
  • 学会等名: JST-DFG Workshop on Nanoelectronics
  • 発表場所: Bonn, Germany
• [学会発表] Spin-Orbit Coupling and Noncollinear Magnetism in PAW Density-Functional Calculations (2010)
  • 著者名/発表者名: M.Heide, T.Ono
  • 学会等名: International Conference on Core Research and Engineering Science of Advanced Materials (Global COE Program) & Third International Conference on Nanospintronics Design and Realization, 292
  • 発表場所: Osaka, Japan
• [学会発表] First-Principles Study of Defect Properties at Ge/GeO2 Interfaces (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Saito, T.Ono
  • 学会等名: International Conference on Core Research and Engineering Science of Advanced Materials (Global COE Program) & Third International Conference on Nanospintronics Design and Realization, 293
  • 発表場所: Osaka, Japan
• [学会発表] First-Principles Study on Transport Property of Nanostructures (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Ono
  • 学会等名: International Conference on Core Research and Engineering Science of Advanced Materials & Third International Conference on Nanospintronics Design and Realization
  • 発表場所: Osaka, Japan
• [学会発表] Oxidation mechanism at Ge/GeO_2 interfaces : An ab initio study (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Saito, T.Hosoi, H.Watanabe, T.Ono
  • 学会等名: 2010 MRS Spring Meeting
  • 発表場所: Moscone West and San Francisco Marriott, US
• [学会発表] Spin-Orbit Coupling and Noncollinear Magnetism in PAW Density-Functional Calculations (2010)
  • 著者名/発表者名: M.Heide, T.Ono
  • 学会等名: International Conference on Core Research and Engineering Science of Advanced Materials & Third International Conference on Nanospintronics Design and Realization
  • 発表場所: Osaka, Japan
• [学会発表] First-Principles Study of Defect Properties at Ge/GeO_2 Interfaces (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Saito, T.Ono
  • 学会等名: International Conference on Core Research and Engineering Science of Advanced Materials & Third International Conference on Nanospintronics Design and Realization
  • 発表場所: Osaka, Japan
• [学会発表] Spin-orbit coupling and noncollinear Magnetism in PAW density-functional calculations (2010)
  • 著者名/発表者名: M.Heide, T.Ono
  • 学会等名: Psi-k Conference 2010
  • 発表場所: Berlin, Germany
• [学会発表] First-principles investigation of defect properties at Ge/GeO_2 interfaces (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Saito, T.Ono
  • 学会等名: Psi-k Conference 2010
  • 発表場所: Berlin, Germany
• [学会発表] First-principles analysis on leakage current through Si/SiO_2 interface (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Ono
  • 学会等名: Psi-k Conference 2010
  • 発表場所: Berlin, Germany
• [学会発表] Large scale DFT in real-space (2010)
  • 著者名/発表者名: P.Baumeister, D.Wortmann, T.Ono, S.Blugel
  • 学会等名: Psi-k Conference 2010
  • 発表場所: Berlin, Germany
• [学会発表] First-principles study on transport properties of grapheme flakes (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Ono, T.Ota
  • 学会等名: ElecMol'10
  • 発表場所: Grenoble, France
• [学会発表] ナノスケール電子輸送現象の第一原理計算 (2009)
  • 著者名/発表者名: 小野倫也
  • 学会等名: 東大物性研短期研究会「スーパーコンピュータ共同利用短期研究会計算物理学」
  • 発表場所: 千葉、日本
  • 年月日: 2009-12-11
• [学会発表] ナノスケール伝導現象-第一原理計算からのアプローチ- (2009)
  • 著者名/発表者名: 小野倫也
  • 学会等名: 日本物理学会2009年秋季大会シンポジウム「第一原理電子状態計算のフロンティアと次世代計算機への期待」
  • 発表場所: 熊本、日本
  • 年月日: 2009-09-25
• [学会発表] First-principles Calculation for leakage Current through Si/SiO_2 Interface (2009)
  • 著者名/発表者名: Tomoya Ono
  • 学会等名: XIV INTERNATIONAL WORKSHOP ON COMPUTATIONAL PHYSICS AND MATERIALS SCIENCE : TOTAL ENERGY AND FORCE METHODS
  • 発表場所: Trieste, Italy
  • 年月日: 2009-01-09
• [学会発表] Spin-orbit coupling in density functional theory in a real space PAW framework (2009)
  • 著者名/発表者名: M.Heide, T.Ono
  • 学会等名: The 12th Asian Workshop on First-Principles Electronic Structure Calculations, P17
  • 発表場所: Beijing, China
• [学会発表] Leakage current through Si/SiO2 interface (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Ono
  • 学会等名: The 12th Asian Workshop on First-Principles Electronic Structure Calculations, P42
  • 発表場所: Beijing, China
• [学会発表] First-Principles Calculation of Oxidation Mechanism at Ge/GeO2 Interfaces (2009)
  • 著者名/発表者名: S.Saito, T.Hosoi, H.Watanabe, T.Ono
  • 学会等名: The 12th Asian Workshop on First-Principles Electronic Structure Calculations, P49
  • 発表場所: Beijing, China
• [学会発表] First-principles Calculation for leakage Current through Si/SiO2 Interface (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Ono
  • 学会等名: XIV INTERNATIONAL WORKSHOP ON COMPUTATIONAL PHYSICS AND MATERIALS SCIENCE: TOTAL ENERGY AND FORCE METHODS, P0053
  • 発表場所: Trieste, Italy
• [学会発表] Electronic and structural properties of germanium dioxide (2009)
  • 著者名/発表者名: S.Saito, K.Hirose, T.Ono
  • 学会等名: XIV INTERNATIONAL WORKSHOP ON COMPUTATIONAL PHYSICS AND MATERIALS SCIENCE : TOTAL ENERGY AND FORCE METHODS, P0146
  • 発表場所: Trieste, Italy
• [学会発表] Spin-orbit coupling in density functional theory in a real space PAW framework (2009)
  • 著者名/発表者名: Marcus Heide, Tomoya Ono
  • 学会等名: The 12th Asian Workshop on First-Principles Electronic Structure Calculations
  • 発表場所: Beijing, China
• [学会発表] Leakage current through Si/SiO_2 interface (2009)
  • 著者名/発表者名: Tomoya Ono
  • 学会等名: The 12th Asian Workshop on First-Principles Electronic Structure Calculations
  • 発表場所: Beijing, China
• [学会発表] First-Principles Calculation of Oxidation Mechanism at Ge/GeO_2 Interfaces (2009)
  • 著者名/発表者名: Shouichiro Saito, Takuji Hosoi, Heiji Watanabe, Tomoya Ono
  • 学会等名: The 12th Asian Workshop on First-Principles Electronic Structure Calculations
  • 発表場所: Beijing, China
• [学会発表] Oscillatory Behavior of Conductance of 5d Metal Nanowires (2008)
  • 著者名/発表者名: Tomoya Ono
  • 学会等名: The 11th Asian Workshop On First-Principles Electronic Structure Calculations
  • 発表場所: Kaohsiung, Taiwan
  • 年月日: 2008-11-02
• [学会発表] First-principles study on electron transport properties of molecules (2008)
  • 著者名/発表者名: Tomoya Ono
  • 学会等名: 4th Handai Nanoscience and Nanotechnology International Symposium
  • 発表場所: Osaka
  • 年月日: 2008-09-30
• [学会発表] 5d金属原子鎖の電子輸送特性に関する第一原理計算 (2008)
  • 著者名/発表者名: 小野倫也
  • 学会等名: 日本物理学会2008年秋季大会
  • 発表場所: 岩手
  • 年月日: 2008-09-21
• [学会発表] Conductance oscillation of 5d metal atomic nanowires (2008)
  • 著者名/発表者名: Tomoya Ono
  • 学会等名: International Conference on Quantum Simulators and Design 2008
  • 発表場所: Tokyo
  • 年月日: 2008-06-01
• [学会発表] First-Principles Study on Magnetic Ordering of Al Infinite Single-row Atomic Wire (2008)
  • 著者名/発表者名: T.Ota, K.Hirose, T. Ono
  • 学会等名: The 11th Asian Workshop On First-Principles Electronic Structure Calculations, P-13
  • 発表場所: Kaohsiung, Taiwan
• [学会発表] Oscillatory Behavior of Conductance of 5d Metal Nanowires (2008)
  • 著者名/発表者名: T.Ono
  • 学会等名: The 11th Asian Workshop On First-Principles Electronic Structure Calculations, P-15
  • 発表場所: Kaohsiung, Taiwan
• [学会発表] Ab Initio Calculation of Atomic and Structures of Germanium Dioxide (2008)
  • 著者名/発表者名: S.Saito, K.Hirose, T.Ono
  • 学会等名: The 11th Asian Workshop On First-Principles Electronic Structure Calculations, P-68
  • 発表場所: Kaohsiung, Taiwan
• [学会発表] First-principles electron-transport calculation for fullerene polymers (2008)
  • 著者名/発表者名: H.Kitajima, K.Hirose, T.Ono
  • 学会等名: 4th Handai Nanoscience and Nanotechnology International Symposium, P1-32
  • 発表場所: Osaka, Japan
• [学会発表] First-principles study on electronic structure of germanium dioxide (2008)
  • 著者名/発表者名: S.Saito, K.Hirose, T.Ono
  • 学会等名: 4th Handai Nanoscience and Nanotechnology International Symposium, P1-42
  • 発表場所: Osaka, Japan