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2009 年度 実績報告書

極微細トランジスタ中における準弾道電子+準弾道フォノン系の統合シミュレーション

研究課題

研究課題/領域番号 20035007
研究機関大阪大学

研究代表者

鎌倉 良成  大阪大学, 工学研究科, 助教 (70294022)

研究分担者 渡邊 孝信  早稲田大学, 理工学術院, 准教授 (00367153)
キーワードトランジスタ / 熱伝導 / フォノン / シリコン / 分子動力学法 / モンテカルロ法 / バリスティック伝導 / シミュレーション
研究概要

チャネル長10nm級のSi-MOSFETを対象に、内部で発生する非平衡光学フォノン分布(ホットスポット)の形成機構およびそれが素子電気特性に与える影響を高精度数値シミュレーションの活用により解析した。使用したシミュレーション手法は、分子動力学法とモンテカルロ法である。分子動力学法を活用した解析では、SiO_2/Si界面に閉じ込められたSiナノ構造中の局所的な熱エネルギーがどのような拡散機構を示すのか、その過渡状態の動的過程を詳細に調べた。酸化膜厚およびSi膜厚を様々に変化させながらシミュレーションを行い熱拡散速度のサイズ依存性を調査したところ、熱拡散速度は酸化膜厚には依存せず、Si膜厚のみでほぼ決まると考えて良いことが新たに判明した。一方、モンテカルロ法による解析では、電子およびフォノンのボルツマン輸送方程式を統合的に取り扱うシミュレータを構築し、ホットスポット形成が電流駆動力に与える影響を探った。フォノン輸送に関わるパラメータの一部の決定には、上記分子動力学シミュレーションの結果を活用した。発熱効果のon/offによるドレイン電流の変化を調べたところ、ホットスポット形成の影響は比較的小さい(1%程度)ことが分かった。ドレインに入射した電子の冷却効率が悪化することが電流低下の原因だが、もともと高いドレイン電子温度(>2,000K)に対し,100K程度のフォノン温度上昇はインパクトが小さいものと考えられる。本研究を通じてシリコンナノデバイス中での準弾道電子と準弾道フォノンの輸送を統一的に取り扱うシミュレータ技術が確立した。

  • 研究成果

    (24件)

すべて 2010 2009 その他

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (17件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Simulation of the Heat Transport in a Silicon Nano-structure Covered with Oxide Films2010

    • 著者名/発表者名
      図師知文
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics (掲載決定)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Impact of Attractive Ion in Undoped Channel on Characteristics of Nanoscale Multigate Field Effect Transistors : A Three-Dimensional Nonequilibrium Green's Function Study2010

    • 著者名/発表者名
      鎌倉良成
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics (掲載決定)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] R-matrix method for quantum transport simulations in discrete systems2009

    • 著者名/発表者名
      Gennady Mil'nikov
    • 雑誌名

      Physical Review B 79

      ページ: 235337-1 235537-5

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 自己発熱効果がナノスケールトランジスタの電気特性に与える影響2009

    • 著者名/発表者名
      鎌倉良成
    • 雑誌名

      電子情報通信学会技術研究報告 109

      ページ: 39, 44

  • [雑誌論文] 原子論モデルにおけるR行列量子輸送シミュレーション2009

    • 著者名/発表者名
      ミリニコフ ゲナディ
    • 雑誌名

      電子情報通信学会技術研究報告 109

      ページ: 45, 48

  • [雑誌論文] Poly-Si TFTにおけるゲート酸化膜へのホットホール注入と捕獲/放出特性の評価2009

    • 著者名/発表者名
      鎌倉良成
    • 雑誌名

      電子情報通信学会技術研究報告 109

      ページ: 35, 38

  • [学会発表] 極微細MOSFETにおける発熱過程の過渡解析シミュレーション2010

    • 著者名/発表者名
      鎌倉良成
    • 学会等名
      2010年春季 第57回 応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      神奈川
    • 年月日
      2010-03-18
  • [学会発表] Large-Scale Modeling of GeO_2/Ge and SiO_2/Si Interface Structures2009

    • 著者名/発表者名
      Tomoya Onda
    • 学会等名
      2009 Materials Research Society fall meeting
    • 発表場所
      Boston, USA
    • 年月日
      2009-11-30
  • [学会発表] Single-donor effects on current-voltage characteristics in nano-scale MOS transistors2009

    • 著者名/発表者名
      Nobuya Mori
    • 学会等名
      International Symposium on Advanced Nanodevices and Nanotechnology
    • 発表場所
      Hawaii, U.S.A.
    • 年月日
      2009-11-29
  • [学会発表] (招待講演)極微細MOSFETにおける発熱過程の解析とその影響に関する考察2009

    • 著者名/発表者名
      鎌倉良成
    • 学会等名
      電気学会「シリコンナノデバイス集積化技術調査専門委員会」「グリーンITにおける化合物半導体電子デバイス」合同委員会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2009-11-24
  • [学会発表] 自己発熱効果がナノスケールトランジスタの電気特性に与える影響2009

    • 著者名/発表者名
      鎌倉良成
    • 学会等名
      応用物理学会シリコンテクノロジー分科会 第116回研究集会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2009-11-13
  • [学会発表] (招待講演)Dea1-Groveモデルに代わるシリコン熱酸化速度理論2009

    • 著者名/発表者名
      渡邉孝信
    • 学会等名
      第29回表面科学学術講演会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2009-10-28
  • [学会発表] Impact of Attractive Ion in Undoped Channel on the Characteristics of Nanoscale Multi-Gate FETs : A 3D NEGF Study2009

    • 著者名/発表者名
      Y.Kamakura
    • 学会等名
      2009 International Conference on Solid State Devices and Materials
    • 発表場所
      Sendai, Japan
    • 年月日
      2009-10-07
  • [学会発表] Simulation on the heat transport in a silicon nano-structure covered with oxide films2009

    • 著者名/発表者名
      T.Zushi
    • 学会等名
      2009 International Conference on Solid State Devices and Materials
    • 発表場所
      Sendai, Japan
    • 年月日
      2009-10-07
  • [学会発表] Atomistic Modeling of GeO_2/Ge and SiO_2/Si Interface Structures2009

    • 著者名/発表者名
      Tomoya Onda
    • 学会等名
      2009 International Conference on Solid State Devices and Materials
    • 発表場所
      Sendai, Japan
    • 年月日
      2009-10-07
  • [学会発表] An Analytical Compact Model of Ballistic Cylindrical Nanowire MOSFET2009

    • 著者名/発表者名
      Tatsuhiro Numata
    • 学会等名
      2009 International Conference on Solid State Devices and Materials
    • 発表場所
      Sendai, Japan
    • 年月日
      2009-10-07
  • [学会発表] GeO2/Ge(001), GeO2/Ge(110), GeO2/Ge(111)構造のモデリング2009

    • 著者名/発表者名
      恩田知弥
    • 学会等名
      第70回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      富山
    • 年月日
      2009-09-11
  • [学会発表] (招待講演)ナノスケールデバイスの熱問題:極微細MOSFETにおける発熱の微視的過程と電気伝導への影響2009

    • 著者名/発表者名
      鎌倉良成
    • 学会等名
      第70回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      富山
    • 年月日
      2009-09-08
  • [学会発表] 円筒GAA-MOSFETにおける弾道輸送I-V特性コンパクトモデル2009

    • 著者名/発表者名
      沼田達宏
    • 学会等名
      第70回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      富山
    • 年月日
      2009-09-08
  • [学会発表] 分子動力学法によるシリコンナノ構造中の熱輸送シミュレーション2009

    • 著者名/発表者名
      図師知文
    • 学会等名
      第70回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      富山
    • 年月日
      2009-09-08
  • [学会発表] 分子動力学法によるGeO_2/Ge界面のモデリング~SiO_2/Siとの違い~2009

    • 著者名/発表者名
      渡邉孝信
    • 学会等名
      応用物理学会シリコンテクノロジー分科会表面・界面・シリコン材料研究委員会 第113回研究集会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2009-06-19
  • [学会発表] A Fully Self-consistent Compact Model of Ballistic Nanowire MOSFET2009

    • 著者名/発表者名
      T.Numata
    • 学会等名
      2009 Silicon Nanoelectronics Workshop
    • 発表場所
      Kyoto, Japan
    • 年月日
      2009-06-13
  • [学会発表] (Keynote Lecture) Atomistic Picture of Silicon Oxidation Process ; Beyond the Deal-Grove Model2009

    • 著者名/発表者名
      Takanobu Watanabe
    • 学会等名
      International Conference on Computational & Experimental Engineering and Sciences (ICCES'09)
    • 発表場所
      Phuket, Thailand
    • 年月日
      2009-04-10
  • [備考]

    • URL

      http://www.ohdomari.comm.waseda.ac.jp/research/calc/calc-j.html

URL: 

公開日: 2011-06-16   更新日: 2016-04-21  

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