極微細シリコンデバイスのための準コヒーレント量子輸送シミュレーションの研究

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13650387
• 研究機関: 明治大学
• 研究代表者: 冨澤 一隆 明治大学, 理工学部, 教授 (80110980)
• 研究分担者: 石井 賢一 産業技術総合研究所, エレクトロニクス研究部門, 主任研究員 ; 鈴木 英一 産業技術総合研究所, エレクトロニクス研究部門, 副部門長 ; 堤 利幸 明治大学, 理工学部, 講師 (60339570)
• キーワード: Device Simulation / Silicon Nanodevices / Double-Gate MOSFETs / Quantum Effect / Drift Diffusion Model / Balance Equations / Monte Calro Method / Compact Modeling

研究概要

2002年度は主に以下の研究成果を得ることができた.
(1)極微細な半導体の物理現象を正確にシミュレーションする輸送モデルとしてバランス方程式が使用されている.従来,このバランス方程式については陽解法によるデバイス解析は,未知変数の個数が多いためになされていなかった.1次元バイポーラトランジスタの解析に,仮想時間を用いた陽解法を適用して,陽解法がデバイス解析に使用可能であり有効であることを実証した.
(2)極微細な半導体のシミュレーション手法として,ドリフト拡散法とモンテカルロ法を混合して用いる方法を開発した.この混合法をフォトダイオードに適用することによって,計算時間が短く,より正確な物理現象を反映したシミュレーションができることを実証した.
(3)ボームの量子化ポテンシャルおよびネルソンの確率微分方程式を用いたモンテカルロシミュレーション法を開発し,1次元の二重障壁共鳴トンネルダイオードの解析に成功した.提案するシミュレーション手法では比較的計算時間を短くすることができるので,量子効果を取り入れた2,3次元半導体シミュレーションの現実的な手法として期待できる.
(4)4端子操作のXMOS(いわゆるダブルゲートMOSFET)のコンパクトモデルとして,ダブルチャージシートモデルを提案した.XMOSのコンパクトモデルのコア部分を開発し,その有効性をデバイスシミュレーションの結果から実証した.

研究成果

• [文献書誌] Toshiyuki Tsutsumi, Kenichi Ishii, Hiroshi Hiroshima, Seigo KANEMARU, Eiichi SUZUKI, Kazuraka TOMIZAWA: "Close Observation of the Geometrical Features of an Ultranarrow Silicon Nanowire Device"Japanese Journal of Applied Physics. Part 1, Vol.41, No.6B. 4419-4422 (2002)
• [文献書誌] Kazutaka Tomizawa, Toshiyuki Tsutsumi: "A Monte Calro Method Based on Bohm's Quantum Potential and Nelson's Stochastic Eauation"Program & Abstracts : The Second International Workshop on Quantum Nonplanar Nanostructures & Nanoelectronics '02 (QNN'02). 25-28 (2002)
• [文献書誌] Y.X.Liu, K.Ishii, T.Tsutsumi, M.Masahara, H.Takashima, E.Suzuki: "Fabrication of Fin-type Double-Gate MOSFET (FXMOS) Structure by Orientation-Dependent Etching and Electron Beam Lithography"Digest of Papers : 2002 International Microprocess and Nanotechnology Conference. 122-123 (2002)
• [文献書誌] T.Nakagawa, T.Sekigawa, T.Tsutsumi, E.Suzuki, H.Koike: "Primary Consideration on Compact Modeling of DG MOSFETs with Four-Terminal Operation Mode"Technical Proceedings of the 2003 Nanotechnology Conferech and Trade show. NANOTECH 2003 Volume 2. 330-333 (2003)
• [文献書誌] 柳永〓, 石井賢一, 堤利幸, 昌原明植, 高嶋秀則, 鈴木栄一: "結晶異方性エッチングを用いたFin型二重ゲートMOSFETの作製技術"第63回応用物理学会学術講演会 講演予稿集. No.2, 25p-F-19. 798 (2002)
• [文献書誌] 柳永員, 石井賢一, 堤利幸, 昌原明植, 高嶋秀則, 鈴木英一: "理想的な矩形チャンネル断面をもつFin型二重ゲートMOSFET(FXMOSFET)の特性評価"第50回応用物理学関係連合講演会 講演予稿集. No.2, 28p-ZV-11. 964 (2003)
• [文献書誌] 勝俣 真, 冨澤 一隆: "ドリフト拡散・モンテカルロ結合モデルによるP-i-nフォトダイオードの解析"日本シミュレーション学会大会 第21回シミュレーション・テクノロジー・コンファレンス計算電気・電子工学シンポジウム 発表論文集. 229-232 (2002)
• [文献書誌] 鷹野 国男, 冨澤 一隆: "バランス方程式による半導体デバイスシミュレーション"日本シミュレーション学会大会 第21回シミュレーション・テクノロジー・コンファレンス計算電気・電子工学シンポジウム発表論文集. 233-236 (2002)
• [文献書誌] 冨澤 一隆, 山口憲: "セメスター大学講義 半導体デバイス-動作原理と応用-"丸善株式会社. 209 (2003)