単一不純物制御シリコンナノエレクトロニクスに向けた原子スケール設計・評価技術創製

2012 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 22310085
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: マイクロ・ナノデバイス
• 研究機関: 北陸先端科学技術大学院大学 (2011-2012); 静岡大学 (2010)
• 研究代表者: 水田 博 北陸先端科学技術大学院大学, マテリアルサイエンス研究科, 教授 (90372458)
• 研究分担者: 田部 道晴 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (80262799)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2012
• キーワード: ナノデバイス / 不純物 / 第一原理計算

研究概要

単一・少数不純物原子を含む極微細シリコンナノロッド、およびナノスタブ型トランジスタに対して、第一原理電子状態・非平衡量子輸送シミュレーションによる大規模解析を行い、ボーア半径と同程度のナノ構造内に埋め込まれたドーパント原子の電子状態と安定位置を解明した。実効的LUMO軌道の同定に際して、射影状態密度の空間分布と3次元波動関数可視化の手法を導入し、電極を備えたナノ構造内でのドナー電子束縛エネルギーの定量的評価に初めて成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Electron-tunneling operation of single-donor-atom transistors at elevated temperatures (2013)
  • 著者名/発表者名: E. Hamid, D. Moraru, Y. Kuzuya, T.Mizuno, Le The Anh, H. Mizuta, and M.Tabe
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: Vol.87 ページ: 085420-1-085420-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photon-Induced Random Telegraph Signal Due to Potential Fluctuation of a Single Donor‐Acceptor Pair in Nanoscale Si p‐n Junctions (2012)
  • 著者名/発表者名: A. Udhiarto, D. Moraru, S. Purwiyanti,Y. Kuzuya, T. Mizuno, H. Mizuta, and M.Tabe
  • 雑誌名: Appl. Phys. Exp 巻: Vol. 5 ページ: 112201-1-112202-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] '第一原理計算によるシリコンナノトラジスタ中の 単一リン不純物の電子状態解析' (2012)
  • 著者名/発表者名: 葛屋, モラル, 水野, 田部, 水田
  • 雑誌名: 電子情報通信学会・信学技報 巻: Vol. 111 ページ: 7 - 11
  • 査読あり
• [雑誌論文] 'Theory of quasiballistic transport through nanocrystalline silicon dots' (2011)
  • 著者名/発表者名: N. Mori, H. Minari, S. Uno, H. Mizuta and N. Koshida
  • 雑誌名: Appl.Phys. Lett 巻: Vol. 98 ページ: 062104-1-062104-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] 'Strain distribution analysis of sputter-formed strained Si by tip-enhanced Raman spectroscopy' (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Hanafusa, N. Hirose, A. Kasamatsu,T. Mimura, T. Matsui, H.M.H. Chong, H.Mizuta and Y Suda
  • 雑誌名: Appl. Phys. Exp 巻: Vol. 4 ページ: 025701-1-025701-3
  • 査読あり
• [学会発表] Ab initio study of binding energy for single phosphorus donor in silicon nano stub-shaped channel (2013)
  • 著者名/発表者名: L. T. Anh, Y. Kuzuya, D. Moraru, T.Mizuno, Manoharan M., M. Tabe and H.Mizuta
  • 学会等名: 第60回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学, 神奈川
  • 年月日: 2013-03-29
• [学会発表] Ab initio study of Phosphorus donor states in a single dopant transistor with a stub-shaped channel (2012)
  • 著者名/発表者名: L. T. Anh, Y. Kuzuya, D. Moraru, T.Mizuno, M. Muruganathan, M. Tabe and H.Mizuta
  • 学会等名: Conference on Computational Physics (CCP2012)
  • 発表場所: Kobe, Hyogo
  • 年月日: 2012-10-17
• [学会発表] Experimental and ab initio study of donor state deepening in nanoscale SOI-MOSFETs (2012)
  • 著者名/発表者名: D. Moraru, E. Hamid, Y. Kuzuya, T.Mizuno, H. Mizuta and M. Tabe
  • 学会等名: IUMRS-International Conference on Electronic Materials(IUMRS-ICEM 2012)
  • 発表場所: Yokohama,Kanagawa
  • 年月日: 2012-09-25
• [学会発表] Ionization energy enhancement and high temperature operation of single-dopant transistors (2012)
  • 著者名/発表者名: E. Hamid, D. Moraru, Y. Kuzuya, T.Mizuno, L.T. Anh, H. Mizuta and M. Tabe
  • 学会等名: 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学, 愛媛
  • 年月日: 2012-09-13
• [学会発表] Ab initio study of Phosphorus donor in Si nano-structures: Wave function analysis of P-doped Si nano wire and P-doped Si nano disk (2012)
  • 著者名/発表者名: L. T. Anh, D. Moraru, Y. Kuzuya, M. Tabe,H. Mizuta
  • 学会等名: 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学, 愛媛
  • 年月日: 2012-09-13
• [学会発表] シリコンナノPN接合の電子状態 (2012)
  • 著者名/発表者名: 葛屋, モラル, 水野, 田部, 水田
  • 学会等名: 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学, 愛媛
  • 年月日: 2012-09-13
• [学会発表] Ab initio analysis of donor state deepening in Si nano-channels (2012)
  • 著者名/発表者名: D. Moraru, Y. Kuzuya, E. Hamid, T.Mizuno, M. Tabe and H. Mizuta
  • 学会等名: IEEE Silicon Nanoelectronics Workshop
  • 発表場所: Honolulu, USA
  • 年月日: 2012-06-11
• [学会発表] シリコンナノ構造におけるリンドナー電子状態の空間分布 (2012)
  • 著者名/発表者名: 葛屋, モラル, 水野, 田部, 水田
  • 学会等名: 第59回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 早稲田大学, 東京
  • 年月日: 2012-03-17
• [学会発表] 第一原理計算によるシリコンナノトラジスタ中の 単一リン不純物の電子状態解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 葛屋, モラル, 水野, 田部, 水田
  • 学会等名: 電子情報通信学会・電子デバイス研究会・シリコン材料・デバイス研究会
  • 発表場所: 北海道大学, 北海道
  • 年月日: 2012-02-07
• [学会発表] Single-dopant simulation: DOS and carrier transport(招待講演) (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Mizuta, Y. Kuzuya, D. Moraru, T.Mizuno and M. Tabe
  • 学会等名: Italy-Japan Workshop on Single Atom Control for Future Nanoelectronics
  • 発表場所: Waseda University, Tokyo
  • 年月日: 2011-11-10
• [学会発表] Strain effects on avalanche multiplication in a silicon nanodot array (2011)
  • 著者名/発表者名: N. Mori, H. Minari, S. Uno, H. Mizuta and N. Koshida
  • 学会等名: 2011 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM2011)
  • 発表場所: Nagoya, Aichi
  • 年月日: 2011-09-29
• [学会発表] 少数ドーパントを有するシリコンナノロッドの状態解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 葛屋, モラル, 水野, 田部, 水田
  • 学会等名: 第72回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 山形大学, 山形
  • 年月日: 2011-09-01
• [学会発表] 単一ドーパントシミュレーション:ナノ構造内ドーパント原子の状態と電子輸送 (2011)
  • 著者名/発表者名: モラル, 葛屋, 水野, 田部, 水田
  • 学会等名: 第72回応用物理学会学術講演会シンポジウム: Extended CMOS のためのDeterministic ドーピングと単一ドーパントデバイス
  • 発表場所: 山形大学, 山形
  • 年月日: 2011-08-29
• [学会発表] Impact ionization and avalanche multiplication in a silicon nanodot array (2011)
  • 著者名/発表者名: N. Mori, H. Minari, S. Uno, H. Mizuta and N. Koshida
  • 学会等名: 17th International Conference on Electron Dynamics in Semiconductors, Optoelectronics and Nanostructures (EDISON17)
  • 発表場所: Santa Barbara, USA
  • 年月日: 2011-08-09
• [学会発表] 単一不純物を有するシリコンナノロッドの第一原理解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 葛屋, 三木, モラル, 水野, 田部, 水田
  • 学会等名: 第58回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 東日本大震災の為、講演予稿集の発行のみ
  • 年月日: 2011-03-09
• [学会発表] Scaled Silicon NEM-SET Hybrid Devices (招待講演) (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Mizuta
  • 学会等名: International Conference on Solid-State and Integrated Circuit Technology (ICSICT2010)
  • 発表場所: Shanghai, China
  • 年月日: 2010-11-02
• [学会発表] Scaled Silicon Nanoelectromechanical Systems (基調講演) (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Mizuta
  • 学会等名: 7th International Workshop on Functional and Nanostructured Materials (FNMA2010)
  • 発表場所: Villa Bighi, Malta
  • 年月日: 2010-07-11