ナノメータ・スケール集積エレクトロニクスの理論的構築

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13025210
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 名取 研二 筑波大学, 物理工学系, 教授 (20241789)
• 研究分担者: 中村 淳 電気通信大学, 電気通信学部, 助手 (50277836) ; 佐野 伸行 筑波大学, 物理工学系, 助教授 (90282334) ; 山部 紀久夫 筑波大学, 物理工学系, 教授 (10272171)
• キーワード: ナノメータ・スケール素子 / 微細化限界 / 理論的アセスメント / シリコン集積回路 / ナノテクノロジー / 第一原理計算 / トランスポート

研究概要

1.昨年度に開発した、MOSFET中のキャリヤ輸送にフェルミ統計を考慮したモンテカルロ・シミュレーションにより、極微細MOSFETにおいて、バリステイックな電流やキャリヤ速度がフォノン散乱によって抑制される状況を解析した。
2.将来の有望な素子候補といわれる、ナノワイヤからなるFETの特性に関して、バリステイックなキャリヤ輸送の場合の電流電圧特性の一般公式を与えた。ナノワイヤの1次元バンド構造を与えれば、容易にFET特性を算出できる。これを用いて、ナノワイヤの性能極限などを議論できる。
3.MOSFETの閾値電圧の揺らぎの検討に関して。昨年度の深さ方向1次元の解析を、面内にそのようなカラムが束ねられているモデルに拡張して、チャネル内のキャリヤ伝導をカラム間のパーコレーションとして扱うシミュレーション・モデルを開発した。従来の大規模シミュレータのような計算コストが掛からない、3次元的な不純物位置情報を反映した、閾値電圧の標準偏差を知る強力なツールとなる可能性がある。
4.Siの(113)面上に、Geのナノワイヤが自己組織化的に成長する機構の解析に関して。昨年、第一原理計:算およびSTM観察の結果より、成長するGeの結晶構造がTPI&Rモデルといわれる構造であることを特定した。続いて、本年度はGe結晶の応力分布を算出し、結晶内の一方向にcompressiveなストレスが、またこれと直交する方向にtensileなストレスがかかっており、このストレス異方性が細長い島成長からワイヤ成長へと方向付けていることを明らかにした。ワイヤの自己組織化の有力な機構のひとつと見られる。
5.ナノスケール素子形成のための、シリコン面の制御法の検討。陽極酸化によりシリコン面に酸化膜フェンスで囲まれた領域を形成し、極低溶存酸素純水に依るエッチングで、領域内を完全にステップフリーとすることができた。また、シリコン面のテラス構造をCuを含む溶液に浸漬し、ステップに沿ったCu吸着によりCuナノワイヤを形成することができた。これらは、ナノスケールの素子構造形成の制御法の一つとして注目される。

研究成果

• [文献書誌] K.Natori: "Multi-Subband Effects on Performance Limit of Nanoscale MOSFETs"Jpn.J.Appl.Phys.. Vol.42, Part1, No.4B. 2063-2066 (2003)
• [文献書誌] S.Toriyama, N.Sano: "Probability Distribution Functions of Threshold Voltage Fluctuations due to Random Impurities in Deca-nano MOSFETs"Physica E. Vol.19. 44-47 (2003)
• [文献書誌] S.P.Cho, N.Kara, N.Naruse, T.Kadohira, J.Nakamura, T.Osaka: "Alloying processes in the Au/InSb(111)A system"表面科学. Vol.24. 111 (2003)
• [文献書誌] J.Nakamura, Z.Zhang, K.Sumitomo, H.Ohmi, T.Ogino, A.Natori: "Structural stability of the Ge/Si(113)-2x2 surface"Appl.Suf.Sci.. Vol.212/213. 724-729 (2003)
• [文献書誌] J.Nakamura, Z.Zhang, K.Sumitomo, H.Ohmi, T.Ogino, A.Natori: "Structural Stability and anisotropic stress of the Ge/Si(113)-2x2 surface"表面科学. Vol.24. 526 (2003)
• [文献書誌] N.Tokuda, T.Kanda, S.Yamasaki, K.Miki, K.Yamabe: "Leakiage Current Distribution of Cu-Contaminated Thin Si0_2"Jpn.J.Appl.Phys.. Vol.42 Part2,. L160-L162 (2003)
• [文献書誌] D.Hojo, N.Tokuda, K.Yamabe: "Effect of SiO2 Fence on Atomic Step Flow in Chemical Etching of Si Surface"Jpn.J.Appl.Phys.. Vol.42 Part2. L561-L563 (2003)
• [文献書誌] N.Tokuda, D.Hojo, S.Yamasaki, K.Miki, K.Yamabe: "Selective Growth of Cu Nanowires on Si(111) Substrate"Jpn.J.Appl.Phys.. Vol.42 Part2. L1210-L1212 (2003)
• [文献書誌] N.Tokuda, S.Nishiguchi, S.Yamasaki, K.Miki, K.Yamabe: "Local dielectric degradation of Cu-contaminated SiO2 thin films"Solid State Phenomena. Vol.95-96. 641-646 (2004)
• [文献書誌] N.Tokuda, D.Hojo, S.Yamasaki, K.Miki, K.Yamabe: "Leakiage Current Distribution and Dielectric Breakdown of Cu Contaminated Thin SiO2"J.Electrochem.Soc.. Vol.151 (to be published). (2004)