立体型ナノスケール素子におけるクーロン相互作用の影響と現実的な特性解析

• 研究課題/領域番号: 24360130
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 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): 2012-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 18,330千円 (直接経費: 14,100千円、間接経費: 4,230千円); 2014年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2013年度: 6,890千円 (直接経費: 5,300千円、間接経費: 1,590千円); 2012年度: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
• キーワード: 電子デバイス・機器 / 電子輸送 / モンテカルロ法 / ボルツマン方程式 / MOSFET / トランジスタ / デバイスシミュレーション / スケーリング / シミュレーション / クーロン相互作用 / ジャンクションレスFET / トランジスター

研究成果の概要

近未来の立体デバイス構造および最近注目を集めている接合の無いFETデバイス(J-FET)のもとで、電子間クーロン相互作用のデバイス特性への影響をモンテカルロ・シミュレーションにより行った。J-FETでは高い電子濃度が不可避であるため、クーロン相互作用がデバイス特性により顕著な影響を及ぼすことを見出した。チャネル電子によるドレイン領域での急速なエネルギー緩和現象に伴って、デバイス特性(ドレイン電流)が30%程度も劣化することを見出した。また、チャネル電子濃度が高いことにより、チャネル電子を動的に遮蔽する効果(動的なプラズモン励起)がナノスケールチャネルで顕在化することも見出した。

研究成果

• [雑誌論文] Self-Consistent Monte Carlo Simulation of Junctionless Transistor including Dynamical Coulomb Interaction (2014)
  • 著者名/発表者名: Katsuhisa Yoshida, Toru Shibamiya, Nobuyuki Sano
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 105 号: 3
  • DOI: 10.1063/1.4890695
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Magnetization and Conductance of Asymmetrically Hydrogenated Graphene Nanoribbons (2014)
  • 著者名/発表者名: Syuta Honda, Kouhei Inuzuka, Norio Ota, Nobuyuki Sano, Takeshi Inoshita
  • 雑誌名: J. Phys. D: Appl. Phys. 巻: 47 号: 48 ページ: 485004-485004
  • DOI: 10.1088/0022-3727/47/48/485004
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Surface Potential-Based Polycrystalline-Silicon Thin-Film Transistors Compact Model by Non-Equilibrium Approach (2013)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Ikeda, Nnobuyuki Sano
  • 雑誌名: IEEE Trans. Electron Dev 巻: 60 号: 10 ページ: 3417-3423
  • DOI: 10.1109/ted.2013.2278274
  • NAID: 120007136798
  • 査読あり
• [雑誌論文] ジャンクションレストランジスタにおけるNEGF法を用いたデバイスシミュレーション (2013)
  • 著者名/発表者名: 植田暁子, Mathieu Luisier, 吉田勝尚, 本多周太, 佐野伸行
  • 雑誌名: 信学技報 巻: 113 ページ: 61-64
• [雑誌論文] One-Flux Theory of Saturated Drain Current in Nanoscale Transistors (2012)
  • 著者名/発表者名: T-w. Tang, M. V. Fischetti, S. Jin and N. Sano
  • 雑誌名: Solid State Electron. 巻: 78 ページ: 115-120
  • DOI: 10.1109/isdrs.2011.6135197
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multi-Scale Monte Carlo Simulation of Soft Errors Using PHITS-HyENEXSS Code System (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Abe, Y. Watanabe, N. Shibano, N. Sano, H. Furuta, M. Tsutsui, T. Uemura, and T.Arakawa
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Nuclear Science 巻: 59 号: 4 ページ: 965-970
  • DOI: 10.1109/tns.2012.2187215
  • 査読あり
• [雑誌論文] Device simulation of intermediate band solar cells: Effects of doping and concentration (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Yoshida, Y. Okada and N. Sano
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 112 号: 8 ページ: 814510-814510
  • DOI: 10.1063/1.4759134
  • 査読あり
• [学会発表] Role of Coulomb Interaction in Nanoscale MOSFETs: A Theoretical Viewpoint (2014)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Sano and Katsuhisa Yoshida
  • 学会等名: International Conference on Simulation of Semiconductor Processes and Devices (SISPAD-2014) Workshop
  • 発表場所: Yokohama, Japan
  • 年月日: 2014-09-08 – 2014-09-11
  • 招待講演
• [学会発表] Conduction and Spin Transport via Edge States in Randomly Hydrogenated Graphene Nano-Ribbon (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Inuzuka, S. Honda, and N. Sano
  • 学会等名: Computational Science Workshop 2014 (CSW2014)
  • 発表場所: Tsukuba, Ibaraki
  • 年月日: 2014-08-20 – 2014-08-22
• [学会発表] Screening Effect on Si Junctionless Nanowire Transistors (2014)
  • 著者名/発表者名: A. Ueda, M. Luisier, K. Yoshida, S. Honda, and N. Sano
  • 学会等名: Computational Science Workshop 2014 (CSW2014)
  • 発表場所: Tsukuba, Japan
  • 年月日: 2014-08-20 – 2014-08-22
• [学会発表] Monte Carlo Study of the long-range Coulomb interaction for Junctionless Transistors (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Yoshida, and N. Sano
  • 学会等名: 2014 International Workshop on Computational Electronics (IWCE-17)
  • 発表場所: Paris, France
  • 年月日: 2014-06-03 – 2014-06-06
• [学会発表] Effect of Impurity Scattering on Mobility in Si Nanowire Junctionless FETs (2014)
  • 著者名/発表者名: A. Ueda, M. Luisier, and N. Sano
  • 学会等名: 2014 International Workshop on Computational Electronics (IWCE-17)
  • 発表場所: Paris, France
  • 年月日: 2014-06-03 – 2014-06-06
• [学会発表] ナノ構造での電子輸送と界面：理論的見地から (2014)
  • 著者名/発表者名: 佐野伸行
  • 学会等名: 日本学術振興会 産学協力研究委員会 半導体界面制御技術第154委員会, 第91回研究会
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 年月日: 2014-05-08
  • 招待講演
• [学会発表] Effect of Sigma-band for Conduction of Metal/Graphene/Metal Junctions (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Honda, K. Inuduka, and N. Sano
  • 学会等名: 2013 International Workshop on Computational Electronics (IWCE-16)
  • 発表場所: Nara Prefectural New Public Hall, Ｎａｒａ
• [学会発表] Tunnel Conduction and Density of States in Shallow PN Junction of Si Nanowire (2013)
  • 著者名/発表者名: R. Ooi, S. Honda, A. Ueda, and N. Sano
  • 学会等名: The 18th International Conference on Electron Dynamics in Semiconductors, Optoelectronics and Nanostructures (EDISON-18)
  • 発表場所: Kunibiki Messe, Matsue
• [学会発表] 3D structural dependence of carrier transport for intermediate band solar cells (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Yoshida, Y. Okada, and N. Sano
  • 学会等名: The 18th International Conference on Electron Dynamics in Semiconductors, Optoelectronics and Nanostructures (EDISON-18)
  • 発表場所: Kunibiki Messe, Matsue
• [学会発表] ナノデバイスのシミュレーョン：なぜ、モンテカルロ法か？ (2013)
  • 著者名/発表者名: 佐野 伸行
  • 学会等名: 第60回応用物理学会春季学術講演会シンポジウム
  • 発表場所: 神奈川工科大学、厚木市
  • 招待講演
• [学会発表] A New Departure in Graduate Program with TIA-nano at University of Tsukuba (2012)
  • 著者名/発表者名: N. Sano, K. Murakami
  • 学会等名: IUMRS-International Conference on Electronic Materials (IUMRS-ICEM 2012)
  • 発表場所: Pacifico Yokohama, Yokohama
  • 招待講演
• [学会発表] A New Generation of Surface Potential-Based poly-Si TFTs Compact Model (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Ikeda and N. Sano
  • 学会等名: IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM-2012)
  • 発表場所: San Francisco Hilton, San Francisco, U.S.A.